本文選題：尾礦庫(kù) + 穩(wěn)定性分析　； 參考：《北京科技大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：本文以司家營(yíng)鐵礦在采煤塌陷區(qū)上構(gòu)建尾礦庫(kù)為工程背景,開(kāi)展了在采煤擾動(dòng)條件下尾礦壩穩(wěn)定性分析以及動(dòng)力響應(yīng)研究,并在地震荷載作用下進(jìn)行流固耦合分析,研究尾礦壩地震液化機(jī)理與災(zāi)變失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。本文研究工作以及所獲得成果如下:首先,采用Midas GTS NX軟件系統(tǒng),建立了整個(gè)尾礦壩庫(kù)區(qū)復(fù)雜三維地質(zhì)模型,包括地層、新老不規(guī)則采空區(qū)、煤層以及未來(lái)采礦計(jì)劃煤層:采用Visual Studio軟件開(kāi)發(fā)接口轉(zhuǎn)換程序,將基于Midas建立的三維地質(zhì)模型轉(zhuǎn)換到FLAC3D系統(tǒng)中,由此建立了大尺度尾礦壩以及地基穩(wěn)定性分析的數(shù)值模型。然后,根據(jù)尾礦壩地基當(dāng)前階段監(jiān)測(cè)的地表沉降,采用遺傳規(guī)劃和遺傳算法,建立智能等效巖體參數(shù)識(shí)別模型,獲得在采煤影響下的尾礦壩地基基礎(chǔ)等效巖體力學(xué)參數(shù)和原巖應(yīng)力,為尾礦壩動(dòng)靜力穩(wěn)定性分析和流固耦合數(shù)值模擬提供了可靠的巖體力學(xué)參數(shù)。第三,基于獲得的尾礦壩地基等效巖體力學(xué)參數(shù),針對(duì)尾礦壩筑壩和不筑壩兩種工況,開(kāi)展了尾礦庫(kù)區(qū)在采煤過(guò)程中的穩(wěn)定性分析。結(jié)果表明,尾礦庫(kù)庫(kù)區(qū)地基沉降受采礦擾動(dòng)影響顯著。隨著煤層逐年開(kāi)采,庫(kù)區(qū)地表南部塌陷坑明顯向西側(cè)逐步擴(kuò)大,筑壩后的壩體重力加劇尾礦壩地基沉降,在2015年南北兩個(gè)塌陷區(qū)貫通,并在庫(kù)區(qū)東南側(cè)形成一個(gè)新的塌陷坑。預(yù)計(jì)2018年后最大沉降將達(dá)到4.85m,其中西壩體存在失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn),是整個(gè)庫(kù)區(qū)最危險(xiǎn)部位。第四,針對(duì)尾礦庫(kù)2018年采礦結(jié)束后,開(kāi)展地震對(duì)尾礦庫(kù)穩(wěn)定性影響的動(dòng)力分析。根據(jù)壩基沉降和壩頂加速度的計(jì)算結(jié)果顯示,不考慮滲流影響,僅地震對(duì)尾礦壩穩(wěn)定性影響并不十分顯著。最后,采用FLAC3D的Finn模型開(kāi)展了地震作用下的流固耦合分析,并基于有效應(yīng)力進(jìn)行尾礦壩和地基基礎(chǔ)的液化條件判斷。根據(jù)超孔壓比指標(biāo)評(píng)價(jià)土體液化條件,由此獲得了動(dòng)荷載流固耦合條件下初期壩浸潤(rùn)面變化規(guī)律,從應(yīng)力、位移、加速度、孔壓、超孔壓比等物理力學(xué)指標(biāo),對(duì)尾礦壩的震動(dòng)液化進(jìn)行綜合分析和安全評(píng)價(jià),為采煤塌陷區(qū)建造尾礦庫(kù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和安全運(yùn)營(yíng)管理提供科學(xué)依據(jù)。
[Abstract]:In this paper, the stability analysis and dynamic response of tailings dam under the condition of coal mining disturbance are carried out, and the fluid-solid coupling analysis is carried out under the action of earthquake, taking the construction of tailings reservoir on the coal mining subsidence area as the engineering background. The mechanism of earthquake liquefaction and the risk of catastrophic instability of tailings dam are studied. The research work and the results obtained are as follows: firstly, the complex 3D geological model of the whole tailings dam reservoir area is established by using Midas GTS NX software system, including strata, new and old irregular goaf. Coal seam and future mining plan coal seam: using Visual Studio software to develop interface conversion program, the 3D geological model based on Midas is transformed into FLAC3D system, and a numerical model for stability analysis of large scale tailings dam and foundation is established. Then, according to the ground subsidence monitored in the current stage of tailings dam foundation, the intelligent equivalent rock mass parameter identification model is established by genetic programming and genetic algorithm. The equivalent rock mass mechanics parameters and original rock stress of tailings dam foundation are obtained under the influence of coal mining, which provides reliable rock mass mechanics parameters for the dynamic and dynamic stability analysis and fluid-solid coupling numerical simulation of tailings dam. Thirdly, based on the obtained equivalent rock mass mechanics parameters of tailings dam foundation, the stability analysis of tailings dam in the mining process is carried out under the two working conditions of tailings dam construction and non-dam construction. The results show that the foundation settlement in the tailing reservoir area is significantly affected by mining disturbance. With the coal seam mining year by year, the collapse pit in the south of the reservoir area obviously expands to the west, and the gravity of the dam body after the dam construction intensifies the foundation settlement of the tailings dam, and in 2015, the two collapsing areas of north and south are connected through, and a new collapse pit is formed in the southeast side of the reservoir area. It is estimated that the maximum settlement will reach 4.85 m after 2018, in which the west dam is at risk of instability and is the most dangerous part in the whole reservoir area. Fourth, the dynamic analysis of the effect of earthquake on the stability of tailing reservoir is carried out after the mining of tailing reservoir is finished in 2018. According to the calculation results of the foundation settlement and the acceleration of the dam top, the effect of earthquake on the stability of the tailings dam is not very significant without considering the influence of seepage flow. Finally, the fluid-solid coupling analysis under earthquake action is carried out by using FLAC3D's Finn model, and the liquefaction conditions of tailings dam and foundation are judged on the basis of effective stress. According to the index of super-pore pressure ratio, the soil liquefaction condition is evaluated, and the variation law of initial dam wetting surface under the condition of fluid-solid coupling under dynamic load is obtained. The physical and mechanical indexes, such as stress, displacement, acceleration, pore pressure and super pore pressure ratio, are obtained. The comprehensive analysis and safety evaluation of vibration liquefaction of tailings dam provide scientific basis for optimal design and safe operation management of tailing dam construction in coal mining subsidence area.
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TD926.4

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本文編號(hào)：1932463