第
４２
卷
第
３
期
２０１０
年
６
月
西 安 建 筑 科 技 大 学 学 报
（自然科学版）
ＪＸｉ′ａｎＵｎｉｖ．ｏｆＡｒｃｈ．＆ Ｔｅｃｈ．
（
ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ
）
Ｖｏｌ．４２
Ｎｏ．３
Ｊｕｎ．２０１０
基于屈服接近度概念的尾矿坝静力稳定性分析
及其与强度折减系数法的对比
曹林卫
１
，彭向和
１
，杨春和
１
，
２
（
１．
重庆大学西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室，重庆
４０００４４
；
２．
中国科学院武汉岩土力学研究所，湖北 武汉
４３００７１
）
摘
要：建立了能考虑塑性变形、温度、饱和度和孔隙比等对材料特性影响、土
水特性曲线并采用扩展的
Ｍｏ
ｈｒＣｏｕｌｏｍｂ
屈服准则、以屈服接近度为安全指标的尾矿坝流固耦合有限元分析模型
．
分别运用上述方法和强
度折减系数法对龙都尾矿坝干滩面为
１００ｍ
时的饱和
非饱和渗流场和变形场的耦合响应特性进行了模拟，
比较表明两者的结论吻合
．
但本文所采用的方法仅需一次计算就能获得坝体变形、浸润线等重要指标，以及考
虑各种影响因素的屈服接近度分布，据此可直观全面地了解不同工况下坝体安全的全场信息，同 时 大 大 简 化
了分析过程和减少了计算工作量和人为因素的影响，有利于对尾矿坝的稳定性进行客观的评价
．
关键词：尾矿坝；稳定性；有限元分析；屈服接近度；强度折减系数法
中图分类号：
ＴＶ６４
文献标识码：
Ａ
文章编号：
１００６７９３０
（
２０１０
）
０３０４０７０８
．
尾矿坝是以尾矿为主要材料建成的一种特殊的构筑物，坝坡经受长期多循环水力充填以及固结沉
降作用，坝体材料呈层状特征，其多相性与不均匀性使尾矿坝的分析较通常的边坡或土石坝更为复杂
．
尾矿库既是矿山生产的重要设施，又是重要的危险源
．
尤其是许多尾矿库的下游有村落、工厂学校、交通
设施等，其中相当部分属于一级保护设施
．
因此，尾矿库的稳定性不仅关系矿山自身的安全，而且涉及到
周边及其下游居民的生命财产安危
．
所以尾矿坝的稳定性分析十分重要
．
目前尾矿坝稳定性分析最常用的是极限平衡法、数值分析法，其 中极限 平衡法 原理简 单、且能 直接
提供有关整个坡体安全性的评估，在设计验算中应用较多，但此法以假设潜 在滑动 面为基 础，认 为 滑坡
面以上土体为理想刚塑性体，容易造成对实际情形的偏离且无法直观显示坝内各部分所处状态；随着计
算机和数值计算方法的迅速发展，数值分析法特别是有限元法的运用日益广泛，它采用弹塑性应力应变
关系进行变形和稳定分析，并提供坡体在 载荷作 用 下应力
应变状 态以及 相关安 全性指 标 的分 布，便于
及时地发现薄弱环节并进行维护
．
采用常规的有限元法进行尾矿坝稳定性分析不能提供坝体的整体安全系数
．
为此，近年来人们开展
了相关研究并取得一些成果
．
强度折减法
［
１
］
以有限元数值计算不收 敛或者 滑 面上节 点塑性 应变和 位移
发生突变作为土体破坏的依据，通过试算，得出坝体的安全系数
．
此法存在两点不足：（
１
）需多次试算，计
算成本较高；（
２
）失稳判据的选择尚未统一
［
２
］
．
此外，折减系数法改变 了材料 的承载 特 性，可能 造成坝 体
中应力分布的失真
．
对于岩土结构而言，合理的计算应该基于能考虑各种主要影响因素的应力与变形分布、能考虑各种
主要影响因素的本构模型和失效判据、简单易行的计算思路以及能直观反映材料和结构安全程度的指
标
．
本文采用有限元软件
ＡＢＡＱＵＳ
／
Ｓｔａｎｄａｒｄ
对尾矿坝进行饱和与非饱和条件下渗流场和变形场直接
耦合分析，采用扩展的
ＭｏｈｒＣｏｕｌｏｍｂ
屈服准则，并考虑饱和度 变化、等效塑性应变以及其他由用户预
收稿日期：
２００８１００５
修改稿日期 ：
２０１００４１８
基金项目：国家自然科学基金资助项目（
１０８７２２２０
）
作者简介：曹林卫（
１９８１
），男，江苏如东人，博士研究 生，主要从事边坡稳定性方向的研究
．
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