桂西铝土矿排泥库坝体地震动力响应研究.pdf
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1、分类号TV312 密级UDC 编号专业学位硕士学位论文桂西铝土矿排泥库坝体地震动力 响应研究学科专业 工程硕士(建筑与土木工程领域)桂西铝土矿排泥库坝体地震动力响应研究摘要排泥库是一种堆储铝土矿经研磨选洗后所产生尾矿泥浆的尾矿库,库中大量的泥水 混合物,导致其是具有高势能的人造泥石流危险源,一旦发生溃坝,将对下游群众生命 财产安全造成很大的威胁,而地震灾害是尾矿坝事故的第二大元凶。现行的排泥库坝体 抗震设计主要参照水库坝体的抗震设计规范,而尾矿泥浆与水的物理性质有较大的区 别;同时现在的排泥库坝体抗震设计未考虑坝库作用,可能与实际情况有一定的偏差。本文针对铝土尾矿泥浆的特点和坝体的特点(主要形
2、式为混凝土坝与堆石坝),通 过室内试验研究尾矿泥浆的物理特性。采用ADINA有限元软件分别建立排泥库混凝土 坝、堆石坝考虑坝库作用动力响应分析模型;对比坝库作用模型与附加质量模型的动力 响应结果,以及排泥库与水库的动力响应结果;探究尾矿泥浆、坝体尺寸等因素对坝体 动力响应的影响。本文的研究成果主要有:(1)排泥库的主要坝体形式为混凝土坝、堆石坝。尾矿泥浆流动状态时含水量为 80%200%,对应密度范围1.50g/cm3-l.ll g/cm3,动力黏度范围4.35 Pas-0.20 Pas。(2)对于排泥库的坝体,坝库作用模型相较于附加质量模型的动力响应较小,附 加质量模型只考虑尾矿泥浆对坝体的
3、作用,对排泥库坝体动力有一定的偏大。(3)考虑坝库作用,排泥库的坝体位移峰值相比水库的较小,由于排泥库尾矿泥 浆具有动力黏度,对地震波的传播有一定的抑制作用。(4)尾矿泥浆的含水量与堆排高度变化对排泥库坝体动力有一定的影响。尾矿泥 浆含水量降低,排泥库坝体的位移峰值减小,在80%200%含水量范围内,尾矿泥浆含 水量降低,位移峰值降幅明显降低。随着尾矿泥浆堆排高度的增加,坝体的位移峰值增 大;对于混凝土坝,堆排高度大于0.8倍坝高时,位移峰值增幅明显增大;而对于堆石 坝,堆排高度大于0.4倍坝高时,位移峰值增幅增大。(5)坝体材料、坝体尺寸的变化对排泥库混凝土坝动力响应有影响。随着坝体弹 性模
4、量的增大,混凝土坝位移峰值减小,当坝体弹性模量大于1.6倍基岩弹性模量时,坝体弹性模量的增大,坝体位移峰值降幅明显减小。坝体上游坡比在07).65范围内,随 着坡比的增大坝体位移峰值减小,坡比大于0.4时,坡比增大坝体位移峰值降幅明显减 小。坝体下游坡比在0.6-0.8范围内,坡比增大坝体位移峰值增大,下游坡比大于0.75 时,坡比增大坝体位移峰值增幅明显增大。随着坝高的增大,坝体位移峰值增大,坝体 高度大于77nl时,坝体高度增加坝体加速度峰值增幅明显增大,建议排泥库混凝土坝坝 高不宜超过77m。(6)坝体尺寸的变化对排泥库堆石坝的动力响应有一定的影响。随着坝体坡比的 增大,堆石坝的动力响应
5、减小。坝体动力响应随坝高增高而增大,坝高大于44m时,随 着坝高的增加,坝体位移峰值的增幅明显变大,建议排泥库堆石坝坝高不宜大于44m。关键词:排泥库;坝库作用;动力响应;混凝土坝;堆石坝nSeismic Dynamic Response Study of the Dam Body of the Bauxite Mine in Western GuangxiABSTRACTThe mud st orag e t ank is a t ailing s reservoir of t he t ailing s slurry produced by t he g rinding and washi
6、ng of t he baux it e ore.The larg e amount of hig h wat er cont ent muddy wat er mix t ure in t he reservoir causes it t o be a dang erous source of art if icial debris f low wit h hig h pot ent ial energ y.The occurrence of dam f ailure will pose a g reat t hreat t o t he saf et y of lif e and prop
7、ert y of t he downst ream people,and t he eart hq uak e disast er is t he second big g es t culprit in t he t ailing s dam accident.The current seismic desig n of t he mud dam body mainly ref ers t o t he seismic desig n code of t he reservoir dam body,and t he physical propert ies of t he t ailing
8、s mud and wat er are q uit e dif f erent;at t he same t ime,t he seis mic desig n of t he current mud dam body does not consider t he dam reservoir f unct ion.There may be some deviat ion f rom t he act ual sit uat ion.In t his paper,t he charact erist ics of t he baux it e t ailing s mud and t he c
9、haract erist ics of t he dam(mainly f or concret e dams and rock f ill dams)are st udied.The physical propert ies of t he t ailing s slurry are st udied t hroug h laborat ory t est s.Throug h t he ADINA f init e element sof t ware,t he dynamic response analysis model of t he mud dam concret e dam an
10、d t he rock f ill dam considering t he dam reservoir is est ablished respect ively;t he dynamic response res ult s of t he dam reservoir act ion model and t he addit ional mass model are compared,and t he dynamic response result s of t he mud st orag e reservoir and t he res ervoir are obt ained;Ex
11、ploring t he inf luence of t ailing s slurry and dam size on t he dynamic response of t he dam.The research result s of t his paper mainly include:(1)The main dam body of t he mud st orag e t ank is concret e dam and rock f ill dam.The wat er cont ent of t he t ailing s slurry is 80%200%,t he corres
12、ponding densit y rang e is 1.50g/cm3l.11 g/cm3,and t he dynamic viscosit y rang e is 4.35 Pa-s0.20 Pa s.(2)For t he dam body of t he mud st orag e,t he dam reservoir act ion model has less dynamic response t han t he addit ional mass model.The addit ional mass model only considers t he ef f ect of t
13、 he t ailing s slurry on t he dam body,and t he addit ional mass model f or t he mudindam body.The power is somewhat biased.(3)Considering t he role of t he dam reservoir,t he peak displacement of t he dam body of t he mud sump is smaller t han t hat of t he reservoir.Because t he mud mud of t he mu
14、d slag has dynamic viscosit y,it has a cert ain inhibit ory ef f ect on t he propag at ion of seismic waves.(4)The wat er cont ent of t he t ailing s slurry and t he chang e of t he st ack ing heig ht have a cert ain inf luence on t he dynamics of t he silt dam body.The wat er cont ent of t he t ail
15、ing s mud is reduced,and t he displacement peak of t he mud dam is reduced.In t he rang e of 80%200%wat er cont ent,t he wat er cont ent of t he t ailing s mud is reduced,and t he peak displacement of t he displacement is sig nif icant ly reduced.As t he heig ht of t he t ailing s slurry st ack incr
16、eases,t he peak displacement of t he dam increases;f or concret e dams,when t he st ack heig ht is g reat er t han 0.8 t imes t he dam heig ht,t he displacement peak increases sig nif icant ly;f or t he rock f ill dam,t he st ack heig ht is g reat er t han When t he dam heig ht is 0.4 t imes,t he pe
17、ak displacement increases.(5)The chang e of dam body mat erial and dam body size has an impact on t he dynamic response of t he mud dam concret e dam.As t he elast ic modulus of t he dam increases,t he peak displacement of t he concret e dam decreases.When t he elast ic modulus of t he dam is g reat
18、 er t han 1.6 t imes t he elast ic modulus of t he bedrock,t he elast ic modulus of t he dam increases and t he peak displacement of t he dam decreases sig nif icant ly,small.The upst ream slope rat io of t he dam is in t he rang e of 0-0.65.As t he slope rat io increases,t he peak displacement of t
19、 he dam decreases.When t he slope rat io is g reat er t han 0.4,t he peak rat io of t he displacement of t he dam is sig nif icant ly reduced.The slope rat io of t he downst ream slope of t he dam is in t he rang e of 0.60.8.The slope rat io increases t he peak displacement of t he dam.When t he dow
20、nst ream slope rat io is g reat er t han 0.75,t he slope increase increases t he peak displacement of t he dam.As t he heig ht of t he dam increases,t he peak displacement of t he dam increases.When t he heig ht of t he dam is g reat er t han 77m,t he heig ht of t he dam increases wit h t he increas
21、e of t he peak heig ht of t he dam.It is recommended t hat t he heig ht of t he dam of t he mud dam should not ex ceed 77m.(6)The chang e of t he size of t he dam has a cert ain inf luence on t he dynamic response of t he mud dam.As t he slope rat io of t he dam increases,t he dynamic response of t
22、he rock f ill dam decreases.The dynamic response of t he dam increases wit h t he heig ht of t he dam.When wt he dam heig ht is g reat er t han 44m,t he increase of t he peak displacement of t he dam is obviously larg er wit h t he increase of t he dam heig ht.It is recommended t hat t he dam heig h
23、t of t he silt dam should not ex ceed 44m.KEY WORDS:Drainag e silt;Dam body-mud coupling;Dynamic response;Gravit y dam;Rock f ill damv目录摘要.IABSTRACT.IH目录.VI第一章圈.11.1 课题提出.11.2 国内外研究现状.21.2.1 坝库作用研究.21.2.2 尾矿坝动力响应研究.413本文研究内容及技术路线.6第二章桂西铝土排泥库坝体类型及尾矿泥浆特性.82.1 桂西铝土矿排泥库坝体主要形式.82.2 尾矿泥浆矿物组成及特性.92.3 尾矿泥浆物
24、理特性.122.3.1 颗粒组成.122.3.2 液性指数.142.3.3 渗透性.142.3.4 含水量.152.3.5 密度与动力黏度.162.4 本章小结.20第三章排泥库坝库动力响应模型建立.213.1 排泥库坝库动力响应模型建立.213.1.1 ADINA 软件介绍.213.1.2 排泥库坝库动力响应模型建立.213.2 模型边界条件建立.253.2.1 坝库作用边界条件.253.2.2 无限域中局部人工边界.273.3 地震波的合成及输入.29VI3.3.1 人工合成地震波.293.3.2 地震波输入.323.4 算例验证.343.4.1 黏弹性人工边界建立的算例验证.353.4.
25、2 地震波输入方法算例验证.363.5 本章小结.38第四章排泥库混凝土坝动力响应分析.394.1 排泥库混凝土坝坝库动力响应模型与附加质量模型对比.394.1.1 附加质量模型.394.1.2 排泥库混凝土坝坝库动力响应模型与附加质量模型对比.404.2 排泥库与水库混凝土坝坝库动力响应模型对比.414.3 尾矿泥浆物理性质对排泥库混凝土坝动力响应.424.4 尾矿泥浆堆排高度对混凝土坝动力响应.444.5 坝体材料弹性模量对排泥库混凝土坝动力响应.454.6 坝体尺寸对排泥库坝体动力响应.474.6.1 坝体上游坡比对排泥库混凝土坝动力响应.474.6.2 坝体下游坡比对排泥库混凝土坝动力
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