基于Ansys/Civilfem尾矿坝稳定性动态分析

论文摘要

尾矿坝作为尾矿库工程需要筑成的人工边坡,其在运行过程中存在着失稳以至滑坡的危险性。而我国的尾矿库存在着数量多,规模大,建设标准低,筑坝、维护、管理技术水平较低,大量的尾矿库带病运行并得不到有效的治理等特点,其安全状况不容乐观。而且许多尾矿库的地理位置十分重要,有的位于重要水源地上游,有的位于重要公共设施上游,有的在密集的居民区上游。一旦坝体塌垮就会造成重大的人员伤亡和财产损失,并产生严重的环境污染等次生灾害。因此对尾矿坝稳定性全面、客观的把握意义深远。Ansys及在其基础上二次开发的土木工程模块(Civilfem)可以对坝体进行渗流场分析,得到坝体孔隙水压分布,并可以将结果直接用于尾矿坝边坡稳定性的分析,使得模拟结果更切实际。而且Ansys/Civilfem可以轻松、直观得到基于极限平衡法和有限元法的坝体滑动面、安全系数等结果。对尾矿坝稳定性分析与评价应该是个动态的过程,因为在尾矿库的运行期间,尾矿坝本身及其所处的环境是一个动态的变化过程。本着这样的思想,本文以北京首云铁矿和尚峪尾矿库东坝为研究对象,利用大型商业有限元软件Ansys及在其基础上二次开发的土木工程模块对尾矿坝现状、设计标高稳定性、施加地震载荷后的坝坡稳定性、堆坝材料抗剪强度及刚度下降对坝体稳定性的影响、坝坡对坝体稳定性的影响、坝高对坝体稳定性的影响、不同坝坡条件下坝高对坝体稳定性影响趋势进行了计算分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 本文的研究现状
• 1.3 本文的研究内容及意义
• 第二章 尾矿工程概述
• 2.1 尾矿及尾矿设施
• 2.2 尾矿坝及堆坝形式
• 第三章 软件介绍
• 3.1 Ansys简介
• 3.2 Ansys/Civilfem简介
• 第四章 土的抗剪强度理论
• 4.1 抗剪强度的库仑定律
• 4.2 土的抗剪强度的构成
• 4.3 土中一点的应力状态
• 4.4 土中应力与土的平衡状态
• 4.5 土的极限平衡条件
• 第五章 基于极限平衡的边坡稳定性分析方法
• 5.1 瑞典条分法
• 5.2 毕肖普法
• 5.3 简布法
• 5.4 本章小结
• 第六章 有限元理论
• 6.1 有限元理论简介
• 6.2 有限元法的理论基础
• 6.2.1 位移变分方程
• 6.2.2 最小势能原理
• 6.2.3 虚功方程（原理）
• 6.3 有限元法的基本过程
• 6.3.1 连续体离散化
• 6.3.2 确定位移模式
• 6.3.3 单元分析
• 6.3.4 整体分析
• 6.3.5 单元载荷列阵的形成
• 6.3.6 求解答
• 第七章 有限元理论岩土边坡工程中的运用
• 7.1 渗流场分析
• 7.2 稳定性分析
• 第八章 尾矿坝动态稳定性数值分析
• 8.1 工程概况
• 8.2 坝体现状稳定性分析
• 8.2.1 坝体现状渗流分析
• 8.2.2 坝体边坡现状稳定性分析
• 8.2.3 极限平衡法计算结果
• 8.2.4 结论
• 8.3 坝体动态稳定性分析
• 8.3.1 尾矿坝坝体稳定性影响因素
• 8.3.2 设计坝高稳定性分析
• 8.3.3 不同坡度条件下坝高对坝体稳定性影响趋势分析
• 8.3.4 坝体现状施加地震载荷后稳定性分析
• 8.3.5 堆坝材料抗剪强度及刚度下降对坝体稳定性的影响
• 8.4 本章小结
• 第九章 结论与展望
• 9.1 结论
• 9.2 展望
• 参考文献
• 致谢