浅谈某尾矿库排水管承载能力复核计算.pdf

第 51 卷 第 1 期有色金属设计Vol.51 No.12024 年 3 月Nonferrous Metals DesignMar.2024收稿日期:2023-04-12作者简介:程立家(1990),男,云南昆明人,工程师。主要研究方向:尾矿库设计。浅谈某尾矿库排水管承载能力复核计算程立家,李旅(昆明有色冶金设计研究院股份公司,云南 昆明 650051)摘要:排水管是尾矿库排洪系统的重要输水构筑物,其结构形式多为钢筋混凝土结构。近些年,由于排水管结构强度的降低导致排洪系统失效是引起尾矿库安全事故的主要原因之一。本文介绍了某尾矿库闭库后,对库内已建排水管结构承载能力进行复核。通过对排水管承受的荷载计算和有限元分析,已建排水管承载力满足闭库后使用要求。关键词:尾矿库;排水管;承载能力中图分类号:TD926.4文献标识码:B文章编号:1004-2660(2024)01-0018-03Discussion on Checking Calculation of Bearing Capacity of Drainage Pipe in a Tailings PondCHENG Lijia,LI Lu(Kunming Engineering&Research Institute of Nonferrous Metallurgy Co.,Ltd.,Kunming Yunnan 650051,China)Abstract:Drainage pipes are the vital water conveyance structure within the tailings pond flood discharge sys-tem,typically taking the form of reinforced concrete structures.In recent years,the reduced structural strength of drainage pipes leading to flood discharge system failure has been one of the main causes of safety incidents in tailings ponds.This paper presents a reevaluation of the load-bearing capacity of the established drainage pipe structures within a tailings pond after its closure.Through load calculations and finite element analysis performed on the drainage pipes,it was found that the existing structures have a load-bearing capacity that meets the re-quirements for use after the pond closure.Keywords:Tailings pond;Drainage pipe;Bearing capacity0 引 言某尾矿库位于四川省境内,于 2005 年完成建设并投产。尾矿库投产运行以后,其周边环境发生了较大变化。2017 年 4 月 24 日,四川省人民政府安全生产委员会下发 关于印发四川省尾矿库“头顶库”综合治理实施方案的通知(川安委 2017 5 号),该尾矿库列为头顶库。因此,该尾矿库的生产经营单位考虑对该尾矿库在现状堆积坝顶标高时进行闭库。尾矿库闭库后,将继续利用已建排水管作为输水构筑物。通过对排水管承受的荷载计算和有限元分析,判断已建排水管是否满足闭库后的使用要求。1 工程概况该尾矿库的库型为山谷型,采用上游式尾矿筑坝法。设计初期坝高 22 m,堆积坝高 105 m,总坝高 127 m,全库容 251.6 万 m3,有效库容为213.5 万 m3,尾矿库等别为三等。尾矿库闭库前堆积坝高为 51 m,在现状情况下进行尾矿库闭库。为了增加尾矿库调洪库容,自尾矿坝顶至库内 70 m 范围内,以 1%的坡度向库内覆土,覆土厚度约 4.75 5 m,距尾矿坝顶7078.6 m 范围内,以 12 的坡比向库内覆土,覆土厚度约 0.54.75 m;库区其余范围以 1%的程立家,李旅:浅谈某尾矿库排水管承载能力复核计算坡度向库尾覆土,覆土厚度 0.30.5 m。尾矿库覆土后堆积坝高 56 m,总坝高 78 m,全库容135.5 万 m3,属三等库。尾矿库已建排水管断面尺寸 b h=2.3 2.3 m,为圆拱直墙型,直墙高度 h=1.15 m,顶拱半径 r=0.575 m,壁厚=0.7 m,C30 钢筋混凝土结构。2 排水管荷载计算尾矿库闭库后,尾矿坝总坝高 78 m。排水管承受最大荷载处的尾矿堆积高度 53 m。排水管上部堆积尾矿产生的荷载作用按下式进行计算。2.1 管顶土压力计算q=K s(HW-HD)+fHD式中:Q 管顶均布垂直土压,t/m;HW 尾矿堆高,m;HD 管顶水深,m;s 尾矿湿容重,t/m3;f 尾矿浮容重,t/m3;K 垂直土压集中系数。2.2 侧向土压力计算q=s(HW-HD)+fH0 式中:Q 侧向土压,t/m;HW 尾矿堆高,m;HD 管顶水深,m;H0 圆管中心处的水深,m;侧压力系数,按下式计算=tg2(45-/2)土的内摩擦角,排水管为平埋式管取地基原状土的 值,取 27 度。尾细砂湿容重 1.87 t/m3,浮容重 1.0 t/m3;尾粉砂湿容重 1.94 t/m3,浮容重 1.0 t/m3;尾粉土湿容重 2.18 t/m3,尾粉土浮容重 1.22 t/m3。闭库后排水管以上尾矿最大堆高 53 m,最高水位 39 m,排水管受力分析见图 1。3 排水管承载力分析为了从整体上分析已堆尾矿对下部已建排水管的影响,确保排水管的安全性,采用 FLAC3D进行尾矿下部的排水管的承载力进行数值模拟计算和分析。图 1 排水管受力分析图Fig.1 Stress analysis of drainage pipe3.1 计算模型的建立数值模拟研究采用 FLAC3D 数值软件,宏观模型尺寸尽可能地逼近实际模型尺寸。计算域边界先施加自重应力场,然后采取位移约束。采用莫尔-库伦(Mohr-Coulomb)弹塑性本构模型。模型共划分 156 060 个单元体,164 404 个节点,最终生成的网格和建好的模型见图 2。图 2 三维数值模拟计算模型Fig.2 3D numerical simulation calculation model3.2 排水管结构模拟分析根据 混凝土结构设计规范 GB 500102010 所示:C30 强度等级的混凝土抗压设计强度为 14.3 MPa,抗拉设计强度为 1.43 MPa。计算结果见图 3-5。经过计算,排水管衬砌的顶板和底板所承受的压应力在 0.251.25 MPa 之间;排水管两侧边墙出现了一定的应力集中,最大值为 3.7 MPa,均未超过混凝土设计抗压强度值,届时排水管不会发生挤压破碎和剪切破坏。排水管周边未出现拉应力,但在排水管底板出现了较大的拉应力,最大拉应力值为 1.2 MPa,未超过混凝土抗拉强度值,加上底板配了钢筋,排水管底板混凝土不91有色金属设计第 51 卷会出现拉伸破坏。图 3 排水管最大压应力云图Fig.3 Maximum compressive stress nephogram of drainage pipe 图 4 排水管最大拉应力云图Fig.4 Maximum tensile stress nephogram of drainage pipe图 5 排水管下沉位移云图Fig.5 Nephogram of settlement displacement of drainage pipe由图5 可知,排水管顶板下沉变形为 0.34 mm,排水管底板变形为 0.29 mm,变形量很小,对排水管影响很小。4 结 语通过计算,尾矿库闭库后,在上部尾矿堆积体压力作用下,排水管结构是稳定的,能够满足闭库后的使用要求。参考文献:1李卫文.某尾矿库扩容后排水管的检测验算分析J.分析研究与探讨,2019(7):211-212.2余大明,杨正华,王铁军,等.某尾矿库闭库相关问题及解决措施J.矿业工程,2023(10):33-36.3陆黎艳,张家文,黄泽亮.关于尾矿库排洪系统质量检测坚定的讨论J.四川建材,2022(09):176-179.4沈楼燕,魏作安.探讨矿山闭库的一些问题J.金属矿山,2002(06):47-48.5邢晓彬,于占海.尾矿库排水系统上覆尾矿土压力计算方法探讨J.有色矿冶,2018(03):46-49.6班贵顺,马萃磷.高尾矿荷载下排水管选型及结构计算J.山西建筑,2014(18):145-147.7昆明冶金设计院,等.尾矿设施设计参考资料M.北京:冶金工业出版社,1980.02