【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及边坡稳定性分析领域，具体涉及一种基于尾矿砂力-水-热耦合特性的季冻区尾矿坝稳定性分析方法、设备和可读存储介质。
技术介绍
1、高寒地区的尾矿库是一种特殊的人工储存矿渣和废弃物的设施，其存在气候条件苛刻、冻融循环频繁、安全风险高等问题，对其稳定性和安全性造成了很大的影响。按冻土存在的时间周期，冻土可分为永久性冻土、季节性冻土和短时间冻土。一方面，冻土可以起到支撑和稳定尾矿库的作用，冻土的强度和稳定性优于尾粉土，可以承受尾矿库的重量和荷载，保证其稳定性和安全性。同时冻土还可以降低尾矿库内部的渗透性和渗透压力，减少渗漏和流失的可能性。此外冻土还可以影响尾矿库的温度和水分状况，进而影响尾矿库内部的化学反应和物理性质变化。另一方面，冻土在尾矿库中也存在一些不利的影响。冻土的存在会增加尾矿库的建造和维护成本。
2、对尾矿库的设计和建设应该考虑其所处的气候条件和环境特点，采用适当的技术和材料，确保其稳定性和安全性。目前关于冻融引发的饱和土滑坡的数值分析研究较少，一方面对于饱和状态的假设不符合冻土中水分迁移的实际情况；另一方面是对各类型的滑坡来说，数值研究极少研究其诱发机制，大多都是偏向于对滑坡灾害的评价。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种尾矿坝稳定性分析方法，该方法基于尾矿砂力-水-热耦合特性对季冻区尾矿坝进行稳定性分析，其充分考虑了外界温度变化对冻土分布及变化规律的影响。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种尾矿坝稳定性分析方法，所述尾矿
3、s1：根据现场勘测及岩土试验的结果确定尾矿库初期坝坝体及尾矿土体的物理力学参数；
4、s2：根据步骤s1中确定的尾矿库初期坝坝体及尾矿土体的物理力学参数，对不同含水率状况下尾矿土样的内摩擦角和粘聚力进行数值拟合，得到尾矿土样的内摩擦角和粘聚力随含水率的变化规律；
5、s3：在尾矿库坝体上布置若干温度传感器，并对温度传感器测得的温度数据进行处理，得到不同钻孔处库内温度分布图，从而得到库内冻土分布规律；
6、s4：根据步骤s3中得到的库内冻土分布规律，建立尾矿砂力-水-热耦合模型，并推导出尾矿砂力-水-热耦合模型对应的温度场控制方程和水分场控制方程；在comsol中建立力-水-热耦合模型，利用力-水-热耦合模型分析出外界温度变化对尾矿土体入渗率、温度及体积含水率的影响情况；
7、s5：在步骤s2和步骤s4的基础上，考虑土体强度参数随冻融过程的改变，基于强度折减法，建立尾矿库坝坡稳定性计算分析模型；并将计算结果与尾矿设施设计规范中坝坡抗滑稳定性要求进行对比判断分析，得到尾矿库坝坡监测方案；根据尾矿库坝坡监测方案，对尾矿库坝坡开展监测。
8、进一步的，所述步骤s2具体如下：
9、s2.1：利用激光粒度分析仪测定尾矿土样的颗粒级配取样，同时根据尾矿土样的特性，将尾矿土样进行进一步细分为若干种类；
10、s2.2：通过直剪或三轴剪分别测定各类尾矿土样不同含水率状况下的抗剪强度指标，通过烘干法测定各类尾矿土样的天然含水率；
11、s2.3：根据现场勘测的不同含水率状况下尾矿土样的内摩擦角和粘聚力的大小，通过数值拟合得出尾矿土样内摩擦角和粘聚力随含水率的变化规律。
12、进一步的，所述步骤s3具体如下：
13、s3.1：在尾矿坝体上开设若干沿坝体深度方向的钻孔，并在每个钻孔内沿孔深方向间隔布置若干温度传感器，每个温度传感器分别与数据收集箱相连接；利用数据收集箱获取各个温度传感器测得的温度数据，并对数据收集箱获取的温度数据进行处理，得到不同钻孔处库内温度分布图；
14、s3.2：将测定不同钻孔处的库内温度与土体初始冻结温度tf进行对比，若土体的温度t小于土体初始冻结温度tf，则认为该处土体冻结从而形成冻土；
15、s3.3：根据尾矿库堆积特点及冻土的分布状况，分析冻土的形成及融化规律。
16、4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s4具体如下：
17、s4.1：根据冻土水热耦合规律来推导温度场控制方程，其中冻土的热传导微分方程如下表示为：
18、
19、ρc(θ)＝ρwcwθw+ρiciθi+ρscs(1-θs) (2)；
20、式(1)和(2)中，ρs为土体的密度；ρi为孔隙冰的密度；ρw为未冻水的密度；t为土体的温度；cs为土体的比热容；θs为土体的饱和体积含水率；θi为孔隙冰的体积含量；θw为未冻水的体积含水率；t为时间；cw为水的比热容；ci为冰的比热容；l为相变潜热；
21、其中土骨架的导热系数采取几何平均公式表示：
22、λ＝λiθi+λwθw+λs(1-θs) (3)；
23、式(3)中，λs为土体的导热系数；λi为孔隙冰的导热系数；λw为未冻水的导热系数；
24、s4.2：将孔隙冰与未冻水的固液比作为耦合项，使得未冻水的体积水率θw与孔隙冰的体积含量θi之间能够进行转换，转换表达式为：
25、
26、式(4)中，tf为土体初始冻结温度；ρw/ρi＝1.1；bi为固液比；
27、s4.3：根据冻土水热耦合规律来推导水分场控制方程，将非饱和冻土中的未冻水迁移采用基于孔隙冰阻滞作用修正下的richard方程描述，方程表示为：
28、
29、式(5)中，ky(θw)为竖向的非饱和土渗透系数；表示
30、s4.4：根据土体非饱和土特性，采用vg模型得出土体的水土特征曲线模型和非饱和导水率曲线模型，二者的表达式分别为：
31、
32、式(6)和(7)中，a、m、n为土体水力参数；s为土体的饱和度；ks为边坡土体的饱和渗透系数；kr为边坡土体的相对渗透率；θr为边坡土体的残余体积含水率；ψ为负孔隙水压力；
33、考虑孔隙冰对未冻水迁移的阻滞作用，冻土中未冻水的扩散率表达式如下：
34、
35、式(8)中，i为阻抗因子；d(θw)为未冻水的扩散率；cm为持水率；
36、s4.5、基于comsol中的系数型pde模块进行二次开发，建立冻土的水热耦合数值模型；其中，comsol中pde模块中系数型偏微分方程标准形式为：
37、
38、式(9)中，ea为质量系数；c为扩散系数；n为吸收系数；t为土体的温度；da为阻滞系数；t为时间；f为源项；α为保守通量对流系数；γ为保守通量源项；β为对流系数。
39、s4.6：将温度场控制方程和水分场控制方程转换为comsol提供的系数型偏微分方程组形式：
40、
41、式(2)及式(3)通过comsol软件中的自定义函数输入；式(4)及式(8)本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种尾矿坝稳定性分析方法，所述尾矿坝为季冻区尾矿坝，其特征在于，基于尾矿砂力-水-热耦合特性对季冻区尾矿坝进行稳定性分析，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2具体如下：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3具体如下：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4具体如下：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S5具体如下：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，模型两侧采用位移边界条件，边坡底部采用固定约束，模型上表面边界为自由边界。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，强度折减法是指边坡体内部强度参数从初始c、值，将其慢慢进行折减降低，降低至某一个c'、值时，边坡发生失稳破坏，而此时折减系数即该边坡对应安全系数，折减公式表达式为：
8.一种电子设备，包括：处理器；以及存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行如权利要求1至7中任一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种尾矿坝稳定性分析方法，所述尾矿坝为季冻区尾矿坝，其特征在于，基于尾矿砂力-水-热耦合特性对季冻区尾矿坝进行稳定性分析，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s2具体如下：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s3具体如下：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s4具体如下：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s5具体如下：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，模型两侧采用位移边界条件，边坡底部采用固定约...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆胤，王伟明，赵炼恒，张小东，李玲雪，杨鹰，杨峰，
申请(专利权)人：伊春鹿鸣矿业有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。