文摘

随着矿产资源开采规模的不断扩大,许多生产尾矿。为了避免有害物质的影响在尾矿尾矿池周围的居民,有必要解释稳定性提高。观察的大坝安全监测系统主要由传感器、遥测数据采集模块,工业控制网络和自动监测系统。通过计算机的工作,大坝观测数据可以自动收集,处理,分析,计算。本文采用自动化系统,使初步判断和分级警报大坝的行为是否正常或不提供安全早期预警监测对象的报告。本文结合一个具体的例子的尾矿水库坝体,综合不确定性方法用于分析尾矿坝的高度等因素,润湿的高度,尾矿土层的凝聚力,和内摩擦角,计算坝体的稳定性。结果表明,大坝稳定性安全系数的敏感性顺序每个因素如下:内摩擦角的 的 尾矿的淤泥层。最危险滑动面将跳19-level subdam尾矿池。补救措施意义重大维护尾矿池周围的生态环境,保障居民的人身安全。

1。介绍

中国是一个矿业大国,但由于近年来开采规模的不断扩大,尾矿丢弃的数量每年都在增加。大部分的尾矿丢弃每年都存储在尾矿池,只有一小部分是重用。尾矿池的数量持续增长,有伟大的尾矿充填过程中潜在的安全隐患或综合利用和恢复1]。如果尾矿坝失败,它将不仅对生态环境造成破坏,而且还会导致人员伤亡。据不完全统计,到目前为止,只有70%的总尾矿池处理和利用尾矿池,和近三分之一的尾矿池没有治疗,这是非常危险的。不仅如此,这些尾矿池是一个非常不利的情况下,由于大量的存储(2)和老尾矿池设施。问题通常发生在尾矿池由于一些不可抗力。因此,当前的中国的尾矿池运营效率低和灾害风险非常高,这是迫切需要处理。国内外许多专家和学者进行了深入的研究和讨论的坝体稳定性wet-draining尾矿池,和他们的研究主要集中在三个方面:渗流稳定、坝体静态稳定性和坝体动态稳定性(3]。在加强水利建设的背景下,提高水工建筑物的安全,特别是提高大坝安全监测水平,确保水库和大坝的安全是首要任务相关国家利益和社会稳定4]。建立一个大坝安全自动监测系统可以缩短数据收集周期,提高大坝观测的工作效率,减少劳动强度(5]。它可以充分利用水库的容量最大化其好处在防洪和供水。与此同时,它可以提高水库的管理水平,及时发现大坝的隐患,并提供一个强有力的保证水库的安全运行。

大坝安全监测系统是一个巨大的系统工程,大量信息的特点和广泛的知识6]。坝体的静态稳定性分析是基于极限平衡理论。坝体的动态稳定性的影响主要考虑饱和砂层的液化,孔隙水压力的变化,和不规则波的作用引起的坝体尾矿坝的稳定性在振动条件下(7]。上述三个研究内容有其局限性,因为坝体的稳定性是受各种因素影响,如坝体设计、内摩擦角沉积材料的凝聚力,尾矿粒度,润湿线的高度,每一个因素的变化对坝体的稳定性有不同的影响。在工程实践中,常常需要研究的影响,各种因素的变化对坝体的稳定性和对相关影响因素采取预防措施。不确定性分析方法的灵敏度分析方法最初是用于财务评价。本文研究和分析了各种因素和参数影响坝体的稳定性,选择的不确定因素,设置他们的变化范围,并分析对稳定安全系数的影响尾矿池大坝的身体。尾矿池是一个存储系统专门用于存储尾矿(8]。准确评价尾矿坝的稳定性的前提是防止尾矿池不稳定和大坝失败,威胁人民生命和财产的安全,并提供一个尾矿池灾难预防和控制的基础。我们都知道,大坝安全监测仪器的眼睛和耳朵是人们了解大坝的运行状态。它必须能够检测的物理量变化小坝稳定、可靠地在严酷的环境中很长一段时间。因此,在某些方面(如测量精度和长期稳定),与其它工业监控行业相比,要求更高和更加困难。需求包括静态层面,正直和倒锤,从外部观察激光准直的压强计,沉降仪、测斜仪,土壤应变仪和土压力计内部观测(9]。其自动遥测是基于高度可靠的传感器。近年来,随着大规模的增加大坝建筑和高新技术的应用,大坝安全监测一体化的方向发展,自动化、数字化和情报。

大坝的安全监督也逐渐由手工检查聪明,网络化,有效的方向。这需要使用高精度和高稳定性的眼睛和触角传感器智能监控系统监控大坝在广泛、持续和实时10]。大坝安全监测主要有检查的功能设计,提高建设和评价大坝的安全状况,监控大坝的安全是当务之急。大坝安全监测的意义主要是为人们准确地掌握大坝的行为,更好地利用工程效益,节省工程投资,防止重大事故的发生。摘要各种观测传感器用来监测尾矿坝体实时如表所示1。通过分析因素与坝体的稳定性,可以实现快速预警等功能,以减少危险的发生。在大坝安全监测领域,高精度,高稳定性,高可靠性的磁致伸缩液位传感器已经使用在许多方面由于其独特的工作原理。摘要位移、裂缝和大坝的渗流通过传感器的测量,准确地监控,以便更好地评价大坝的安全状态,避免重大事故的发生。

2。材料和方法

2.1。传感器的布局尾矿池

一个尾矿池valley-type尾矿池。设计的总存储容量尾矿池 米³,总坝高57米,设计水平是第四级的池塘。纸浆卸离集中器的数量是193.3³/ h,该矿是均匀的尾矿坝前,和画开口之间的距离是6米。尾矿坝的身体和泥浆的特点如表所示2。库区地表水系统是分布式网络中,由大气降水和地下水直接充电,和补给区流动区域的基本上是一样的。在该地区的地貌条件是不利于地下水的富集。主要含水层是石灰岩含水层较低的含水量和简单的水文地质条件(11]。岩石地层复杂的结构,许多缺点,广泛分布的关节,和岩石破碎,这属于medium-complex类型的工程地质条件。库区没有不良地质现象,如滑坡、泥石流、和管道,岸坡稳定,水土保持是好的。

传感器的布局通常设置在直线部分排水沟渠。上游和下游沟斜坡底部和需要保护的砖石,防止漏水。特殊的混凝土或砌体引水渠道可以建立。堰被设计成下面的水深低于堰的口,导致自由溢流堰的口。为了获得准确的观察结果,堰墙应垂直于分水渠和方向的水,是正直的12]。堰板采用不锈钢,表面应平坦,光滑,堰的嘴在下游的45°角边。水位计的堰的堰应设置上游嘴,和堰嘴之间的距离应该3到5倍高于堰水头。水位计的规模改为0.1 mn。为了稳定堰的水流上游,流稳定装置可以安装上游的水位表。

2.2。尾矿坝体的结构

2.2.1。最初的大坝

尾矿池的初始大坝建在石板的基础,是一个碎石透水大坝。三峡大坝的高度是40.5米,坝顶的宽度是4.0米,坝顶的长度是115米,坝底的宽度是157.50米,下游坡比是1:2.0,和上游坡比例是1:1.7。宽2.0米马道路设置在海拔1156.5米的下游,有0.7 - -1.0米厚的沙子和砾石过滤层上游。

2.2.2。后期积累大坝

后来积累大坝是由各种类型的尾矿。上游方法用于构建subdams一步一步。顶部的尾矿排放管设置大坝的驱散矿石,和尾矿沉积在阶段形成沉积滩。在以后的阶段,每个阶段的高度累积的大坝是3.0米,宽度的一步是8.0 - -11.0米,顶部的宽度是3.5米。

2.3。大坝安全监测

大坝安全监测系统是大数据,由数据采集和监控模块、专家分析和预测模块、风险分析和评估模块和早期预警和预测模块,可以实现全天候不间断实时在线监测(13]。有效监控大坝的身体,周围的银行系统和相关设施,可以提供操作数据对大坝的运行状态和完成坝体和坝坡的稳定性分析。通过对监测数据的分析,评价结果给出了库区的健康状况,和异常状况的预警和预测。数据结果及其分析结果可以作为数据支持和决策依据库区的日常管理和应急管理,从而有效地改善库区的管理水平。根据业务需求的分析,确定大坝安全监测系统的体系结构包括五部分:采集层、通信层,网络层,数据层和应用程序层。系统体系结构如图1。

尾矿的安全系数来自传感器的监测数据,包括润湿等参数线和凝聚力。收集到的数据处理和评价、预警结果终于获得。

2.4。影响因素分析尾矿坝体的稳定性

根据库仑定律,砂的抗剪强度。

粘性土的抗剪强度是如下: 是土壤的抗剪强度c是土的凝聚力。是土的内摩擦角。上的正应力剪切滑动面(14]。内部摩擦主要是由于表面土壤颗粒之间的摩擦和土壤颗粒之间的咬合的力量。凝聚力主要形成的水膜在土壤颗粒受到电分子之间的吸引力相邻的土壤颗粒的胶结土壤中的化合物(15]。

尾矿池的研磨细度小于200目(筛大小是0.075毫米)和粒子的质量占总质量的60%。尾巴淤泥,存入下部是尾巴淤泥。内摩擦角尾矿的淤泥,这通常28°和36°之间。孔隙比更小,比较大。凝聚力尾矿淤泥和淤泥尾矿一般很小,大约10 kPa或更少。对于坝体粘性土组成,坝体稳定安全系数是稳定力矩的比值(方程(3滑动力矩(方程))(4))。

的公式,是正常的和垂直的线之间的夹角的滑动面土壤地带 。 的弧长滑动面带 。 和凝聚力和内摩擦角在滑动面。土条重量,应考虑水的浮力在润湿线下部分,应该使用和浮力的重量。是合成流体动力作用在滑动土体在润湿线下。力臂的动态水化力吗中心滑动面。是滑动圆半径16]。坝体的稳定性受多种因素的影响,相关的粒子组成,密度、含水量、矿物质的亲水性,矿质胶体特性、水渗流状态,粘性土的触变性,水位,和坝体高度,一些因素仍然是相互关联的,不能准确地确定。为方便研究和定量分析,可以测量的单因素实验选择进行分析。

2.4.1。的高度H积累大坝

逐年堆积坝的高度增加尾矿池的操作,它是一个变量。从方程(3)- (5),可以看出,安全系数与高度无关积累的大坝,这使得它容易忽视堆积坝的高度的影响。然而,如果坝体下面有一层坚硬的岩石,埋藏浅,弧滑动表面裂纹只能切硬石层,和最危险滑动面是受高度影响因素积累的大坝。

2.4.2。坝沉积的抗剪强度指标层

当尾矿沉积,粗砂易于解决落定和巩固在大坝前,顺序和淤泥落定在澄清区根据粒子大小(17]。当比重、质量浓度和粒径的尾矿进入湿尾矿池不改变,尾矿泥浆体积,干滩长度,长度和澄清是稳定的,和尾矿砂层和尾矿土壤层在层沉积。边界可以确定工程钻探。尾矿的粒子特征、矿物亲水性无机胶体特性,综合粘性土的触变性和反映在两个因素,内摩擦角和凝聚力 ,的变化影响坝体稳定性安全系数 。由于尾矿沉积淤泥层下部和浸润线以下,这是最容易滑面。因此,水下内摩擦角和水下尾矿淤泥层的衔接进行了研究。

2.4.3。润湿的高度

润湿的高度是一个变量,和干散货的高度饱和的土壤带对坝体的稳定性产生影响,当由圆弧法计算。坝体的水分含量的增长将降低坝体的抗剪强度,这是表现如下:首先,水流带走了微粒,粗颗粒之间起到润滑作用,减少内部摩擦力。第二个是增厚的水膜表面的粘土颗粒,从而降低土壤的凝聚力。

3所示。结果分析

3.1。系统组成

的大坝安全监测系统由信息采集系统,通信系统,网络系统,一个全面的数据库系统,和一个应用软件系统,包括自动采集或手动观测传感器嵌入在坝体或安装(大坝变形、渗流、应力、应变、温度、降雨量、水位、温度、地震等),测量和控制单元(MCU)主机,监控中心,监控分中心,系统组成如图2。系统结构采用分布式体系结构,数据采集工作是分布式测控单元接近更多的传感器来完成,然后测量数据传输到主机电脑。每个观测站点的测量和控制单元的系统是一个多功能的智能仪器,它可以控制和测量各种类型的传感器。

系统选择传感器主要有各种物理量如大坝变形、渗流、压力、应变、温度、环境量、水文、气象和输入模拟量、数字量、脉冲量、状态量和其他信号测量和控制装置。测量和控制单元执行实际测量、计算、显示和存储观察参数决定,计划,和序列,并自检,自动诊断功能,和人工观测接口。根据确定记录的条件下,观察结果和错误信息传达与指定的监控中心或其他测量和控制单元(18不同的测量模块或董事会可以选择实现信号采集各种类型的传感器。通信系统采用有线或无线方式根据现场情况。和两种通信模式可以作为备份通道为彼此,和通信系统与双通道作为彼此可以建立备份。业务应用系统主要是大坝安全管理软件系统;它可以执行功能,比如数据接收、处理、存储、分析和预警监控中心和分中心。综合数据库系统可以建立一个统一的数据平台,统一数据格式、数据标准和规范水文信息,可以有效地进行数据共享和数据分析,为业务应用系统提供一个可靠的基础。接口也可以提供其他相关系统的数据访问。

3.2。尾矿坝的身体稳定性计算模型

建立一个数学模型,通过中心轴的部分坝体的使用极限平衡法的原理,利用瑞典圆弧法计算池塘尾矿坝体的稳定性。这个模型还输入初始大坝的形状特征信息和积累大坝(见表2)。基岩倾角是7°,subdam 20级,对应于一个大坝的高度658米。之间的边界线淤泥层和淤泥层在工程检测垂直深度22.4米以下的斜率。浸润线的平均值是8米,最小长度的干滩是50 m,并建立几何模型。尾矿沙的基本参数,尾矿淤泥,初始大坝,基岩如表所示3。四级尾矿坝,有效应力方法用于液压力量,和不考虑地震影响。摘要岩土边坡稳定软件是用来计算复杂土质边坡的稳定性,而带的宽度是1米。电弧稳定性计算采用自动搜索最危险滑动面。的安全系数坝体的稳定性是1.68,计算结果如下:

选择四个关键影响因素,即大坝的高度 ,润湿的行高 ,水下凝聚力尾矿的淤泥,水下内摩擦角尾矿的淤泥,学位对坝体的稳定性的影响进行了分析。每个因素变化−15%,−10%,−5%,5%,10%,和15%,分别。

3.3。敏感性分析

3.3.1。Subdam高度

图3显示的高度变化的影响subdam坝体稳定的安全系数。随着subdam的高度增加,坝体稳定安全系数显示一个下降的趋势。当正常subdam增加2米,约0.014的安全系数降低。

坝体,当subdams号码是18的水平( 米),最危险滑裂弧表面出现在最初的大坝(见图2(a)),但水平subdams号码是19(+ 656.5米,坝高度时,三峡大坝的高度增加了1.5米),和最危险滑裂面出现在堆积坝,位置跳(见图4),安全系数也大大改变。

危险滑动面是一个圆形脚趾的位置或圆的斜率。这主要取决于硬层的深度,和最容易滑动面总是硬层的上表面的切线。坝体,本文认为突变位置最危险的滑动裂纹弧表面与大坝高度与最初的大坝结构、基岩的倾角,尾矿沉积的特点。在初始阶段的大坝,大坝与块石混凝土建成,满是砾石,该基金会是公司,相当于挡土墙结构(19]。最初的大坝附近堆积坝的一部分受到更大的水压力,并主动土压力应用于初始大坝(16),达到极限平衡状态。subdam超过临界高度时,总体上堆积坝的稳定性取决于凝聚力尾矿的沉积物层和内摩擦角 。

3.3.2。润湿行高

坝体稳定安全系数与润湿的高度成反比,如图5。从图可以看出3浸润线的高度较高,和安全系数坝体的稳定是小。

3.3.3。凝聚力

图6显示变化的影响水下凝聚力的尾矿堆积坝中淤泥层的安全系数坝体的稳定性。从图可以看出6凝聚力的影响很小。

3.3.4。内摩擦角

水下内摩擦角的变化的尾矿堆积坝安全系数有很大的影响坝体的稳定(图5)。从图可以看出7随着内摩擦角的增长,坝体稳定安全系数增加,坝体稳定安全系数更敏感的内摩擦角的变化尾矿淤泥层。

不管的突然变化的高度subdam坝体稳定安全系数 ,对每个因素的敏感性,坝体稳定安全系数排名如下: 。

3.3.5。案例分析

违反的流程图如图8;违反的最大流量是469米³/ s,洪水期间违反279 h。为了模拟levee-breaking洪水的传播过程在保护区,仿真时间是843小时,期间 ,打破流是0。计算是基于二维浅水方程,和本文提出的方法用于建立的水动力模型洪水进化适应复杂地形如图8。把路基断裂在一条河的右岸为例进行计算。建模区域是9568公里²控制,网格边长250米- 400米,网格的数量是182860,平均网格面积是0.049公里²。

基于数据的尾矿坝安全评价是可行的,可以减少不必要的工程建设投资。实验的综合分析方法和二维数值模型提供了一个定量分析尾矿池安全评估,并提供一个新的研究方向为未来的尾矿池管理和安全评估。

4所示。讨论

根据上面的稳定性影响因素的分析,尾矿坝体的稳定性改进措施进行了阐述。首先,应该选择在构建粗粒度的尾矿坝。矿井的安全性和稳定性较高。大小相同的尾矿材料越大,越大内部摩擦力和集聚的角度。因此,在构建尾矿坝时,粗粒尾矿应该被选中。为了集中粗尾矿坝体,三峡大坝前需要放电,这样粗糙的尾矿坝地区迅速解决,和细粒尾矿流入水库的坝体20.]。飓风还可以用于尾矿颗粒,粗粒尾矿是拦截和细粒尾矿直接排入存储区域。

第一点是要注意边坡的坡角的大坝当堆积尾矿坝。因此,有必要提前检查倾角和比较它根据倾角的设计方案。比较后,如果坡度角满足标准的要求,这个时候可以堆叠。如果不满足要求,大坝边坡角需要改变时间21]。如果大于标准的值,您可以选择慢下来堆积,减少边坡角。如果是低于标准值,斜率紧迫的治疗是需要确保整个矿井的倾向大坝在设计范围内。

第二点是控制整个矿井的位置大坝河岸,它需要计算根据矿井大坝的润湿性。首先,我整个大坝的润湿性决定了高度,这是至关重要的稳定(22]。此时,浸润线超过标准值,并立即应采取相应的措施,也就是说,大坝可以减少,周围的水位浸润线的范围可以降低,可以减少周围的压力,和干滩长度可以增加,以确保稳定的浸润线位置此外,如果超过了水位的现象发生,有必要对放电的所有我的大坝的渗流水以避免矿坝的崩溃。

第三点是控制润湿的位置线。因为浸润线的高度对坝坡的稳定性影响很大,最高的浸润线位置对应于不同大坝高度应在设计(23]。主要措施来控制坝体浸润线的位置如下:首先,在水库的水位降低,足够的干滩长度保持在大坝前,并降低坝体的渗流压力,从而降低坝体浸润线的位置。第二个是为坝体渗漏排水采取工程措施,如增加坝体渗漏排水设施拆除大坝内渗流水在时间和降低坝体浸润线。

除了上述措施外,有必要加强日常检查,及时检查整个尾矿池的设备参数是否满足操作要求。首先是检查排水性能的尾矿池和大坝。渗水在尾矿池,避免导致大坝的崩溃,第二,种植绿色植物在大坝,以避免土壤侵蚀表面的大坝。第三,大坝的关键指标完成,避免数据错误。第四,在大坝的维护,积累了尾矿应进行预处理以避免累积尾矿和空气之间的反应产生有毒化学物质,这将危及尾矿池周围的生态环境。

此外,坝体应该定期检查,全面监控是否有异常状况如裂缝、滑坡和渗透泄漏。发现异常情况时,应及时处理。当控制堆积坝的上升速度,防止上升的速度太快,所以不能合并在时间和降低坝体强度不够,造成坝体的变形和裂缝。

5。结论

大坝安全监测与管理系统软件是水库大坝安全监测系统的一个重要组成部分。功能,如数据采集、数据处理、数据管理、数据搜集、数据分析和网络管理。通过大坝安全监测与管理系统软件,水库管理者和管理领导人可以了解大坝的当前状态。尾矿坝可以基本上满足规范的要求,当操作在正常情况下。每个方法计算出的安全系数大于1.25。然而,浸润线超过6.0米时,坝体动态状态下不能满足规范要求。大坝安全监测系统的软件采用B / S结构。除了数据收集服务程序,需要在服务器上开始,只要计算机用户通过网络连接到服务器,它可以通过浏览器访问查询监测数据、图形、安全监控信息,评估结论。因此,为了提高安全储备,提高稳定性,有必要加强渗漏排水,降低坝体浸润线的高度。(1)Subdam身高、润湿行高、内摩擦角尾矿淤泥层,所有影响安全系数和凝聚力坝体的稳定性。摩擦角的尾矿沉积淤泥层下部,和的高度减少润湿线是最有效的方法来提高稳定性。(2)润湿的高度线和坝体稳定安全系数相反的方向变化。安全系数的影响身体的稳定是更重要的。(3)坝体,最危险滑裂弧表面跳跃的高度19-level subdam,和坝体稳定安全系数变化很大。本文认为它是与最初的大坝结构、基岩倾向,和尾矿沉积特征。后续还需要进一步的研究,和伟大的要注意工程实践。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者没有任何可能的利益冲突。

确认

支持的工作是由中国国家自然科学基金奖51964023号和2021号云南项目教育基金J0946。