CN117251918A - 一种考虑渗流条件下尾矿坝坝顶横向裂缝极限深度计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种考虑渗流条件下尾矿坝坝顶横向裂缝极限深度计算方法，所述方法主要包括如下步骤：根据裂缝分布情况，计算危险边坡长度L1，比较裂缝分布关系L2与L1的大小；当L2＞L1，采用单裂缝模型；当L2＜L1，采用多裂缝模型。运用极限平衡法推导出公式进行计算。本方法能够快速、准确的测量裂缝极限深度，能够判断坝体裂缝对安全性影响大小，发现异常可以快速补救，极大地降低了安全事故发生的概率。
Description
技术领域
本发明属于尾矿坝裂缝识别及优化技术领域，涉及一种考虑渗流条件下尾矿坝坝顶横向裂缝极限深度计算方法。
背景技术
尾矿库坝体失稳是溃坝发生的最主要因素之一，尾矿坝多为细砂尾矿堆筑，易出现坝体边坡坍塌或局部滑动破坏。其中坝体裂缝未加处理，任由其扩大和蔓延是诱发滑坡的主要因素之一。
裂缝是尾矿坝较为常见的病害，按其相对坝体滑移方向的分布方式可分为纵向裂缝、横向裂缝，当沉积滩过短，库区内尾水过多，汛期降雨冲刷堆积坝坡，坝坡面维护不善，没有雨水冲刷防护措施，长时间坝体会出现裂缝和断口。
目前，国内外关于裂缝对稳定性的研究主要集中在天然边坡和土石坝上。由于尾矿坝在外形特征上与天然边坡和土石坝存在较大的差异，传统的裂缝计算方法不能够充分适用于尾矿坝。
本发明采用极限平衡法，考虑裂缝实际分布与坝体渗流，提出一种尾矿坝坝顶横向裂缝极限深度计算方法。此方法能够快速准确地计算出尾矿坝坝顶横向裂缝极限深度，发现异常可以快速补救，极大地低了安全事故发生的概率。
发明内容
为了解决背景技术中提到的上述问题，本发明提供了一种考虑渗流条件下尾矿坝坝顶横向裂缝极限深度计算方法。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种考虑渗流条件下尾矿坝坝顶横向裂缝极限深度计算方法包括以下步骤：
判断采用单裂缝模型或者双裂缝模型进行计算裂缝极限深度时：L1为危险边坡长度，L2为裂缝分布关系。当L2>L1时，采用单裂缝模型；当L1>L2时采用双裂缝模型。单裂缝滑坡体受力简图如图2所示。
单裂缝滑动模型计算中，在静力状态条件下，裂缝深度方程为：
式中：h0为裂缝深度；c为粘聚力；γ为计算土体重度；β为裂缝与滑动面的交点的切线与水平夹角；为内摩擦角；k为坝体垂直裂缝深度影响系数。
裂缝深度影响系数k为：
将裂缝深度内视为单一均质材料，则为常量。
k对β的一阶导函数如下所示：
令k′＝0，可得到极值点β0为：
将极值点带入h0可得到裂缝极限深度极限值为：
多裂缝滑动模型计算中，在静力状态条件下，裂缝深度h0方程为：
式中：θ为尾矿坝上顶面与水平面的夹角。多裂缝滑坡体受力简图如图3所示。
裂缝深度影响系数k为：
将裂缝深度内视为均质材料，则为常量。
k对β的一阶导函数如下：
对k求导，得到唯一极值，可得到h0的极限值。
单裂缝滑动模型中，静力状态考虑渗流条件下，进行计算。
设μ为渗流影响系数，即γw为水的重度，hw为水位高度，滑坡体渗流力示意图如图4所示。
裂缝深度影响系数k为：
裂缝深度h0′方程为：
多裂缝滑动模型中，静力状态考虑渗流条件下，进行计算。
设μ为渗流影响系数，即γw为水的重度，hw为水位高度，c为粘聚力。
裂缝深度影响系数k为：
裂缝深度h0′方程为：
附图说明
图1为本发明说明书中实例计算流程图。
图2为本发明说明书中单裂缝滑坡体受力简图。
图3为本发明说明书中多裂缝滑坡体受力简图。
图4为本发明说明书中滑坡体渗流力示意图。
图5为本发明计算流程图。
下面结合实例及附图对本发明作进一步说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
以某矿业公司的金尾矿库为案例，该尾矿库属于上游式尾矿库，坝体浸润线较高，已经接近病库，出现裂缝、垮坝病害不属意外，从06年投入使用开始子坝已经出现多次垮塌。
分析某次局部滑坡的事件，根据企业出具的尾矿库工程地质的勘察报告，裂缝探井取得尾砂试验的物理力学参数的平均值取值如表1所示。
表1尾砂平均物理力学参数
根据现场勘察，坝顶现存两条纵向裂缝，均与坝轴近似平行，分别为F1、F2。F1长约29m，呈张性，宽度10～200mm，裂缝垂直深入坝体，探井观测深度约为9.6m；F2长约27.4m，呈张性，宽度20～180mm，裂缝垂直深入坝体，探井观测深度约为9.6m，水位高度约3m。两裂缝间距约为2.1m，沉积滩平均坡度1：50。
危险边坡长度L1为：
由于L1＞L2，故属于多裂缝情况。
对k求导得到关于最小裂缝深度的滑动面角度β＝69.66°。
坝顶裂缝深度的计算结果为9.27m，现场实际测量结果大约9.6m，相对误差3.43％，符合国际测量工作者协会FIG变形观测小组提出的误差精度要求。
Claims (5)
1.一种考虑渗流条件下尾矿坝坝顶横向裂缝极限深度计算方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
根据裂缝分布情况，计算危险边坡长度L1，比较裂缝分布关系L2与L1的大小；当L2＞L1，采用单裂缝模型；当L2＜L1，采用多裂缝模型，运用极限平衡法推导出公式进行计算。
2.根据权利要求1所述的一种考虑渗流条件下尾矿坝坝顶横向裂缝极限深度计算方法，其特征在于，使用单裂缝模型进行计算时，则裂缝深度影响系数的计算公式为：
式中：β为裂缝与滑动面的交点的切线与水平夹角；为内摩擦角；μ为渗流影响系数；k为裂缝深度影响系数，其中/>γw为水的重度；hw为水位高度；c为粘聚力。
3.根据权利要求1所述的一种考虑渗流条件下尾矿坝坝顶横向裂缝极限深度计算方法，其特征在于，单裂缝模型中，裂缝深度采用如下公式计算：
式中：γ为计算土体重度；h0′为裂缝深度。
4.根据权利要求1所述的一种考虑渗流条件下尾矿坝坝顶横向裂缝极限深度计算方法，其特征在于,使用多裂缝模型中进行计算时，则裂缝深度影响系数的计算公式为：
式中：θ为沉积滩坡度，L2为第一条裂缝与第二条裂缝直接距离。
5.根据权利要求1所述的一种考虑渗流条件下尾矿坝坝顶横向裂缝极限深度计算方法，其特征在于，多裂缝模型中，裂缝深度采用如下公式计算：
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