摘 要

本文通过三维稳定渗流和有限元分析的方法，对龙王顶尾矿库进行ANSYS建模。根据尾矿库设计的有关规范，标准和企业提供的工程地质条件、水文地质条件、坝体几何参数及岩土体物理力学参数，结合现场的实际情况，在确保安全的前提下，首先提取CAD坐标数据，运用gocad，surfer软件对数据进行拟合处理，然后导入ANSYS中建立模型。在开展尾矿库建设过程中完成三维渗流场数值模拟，计算尾矿库三维渗流场分布特征，从而为工程建设提供参考信息。

研究结果：ANSYS分析后，经计算可以得出水头压力梯度，渗流方向与流速以及排水管出坝基的压力。同时数值模拟准确确定了大坝浸润线位置，满足排水口位置30米的要求，显示大坝渗控参数现阶段符合建设性要求。

关键词：尾矿库；有限元；渗流；ANSYS

Abstract

In this paper, ANSYS modeling of Longwangding tailings pond is carried out by three-dimensional steady seepage and finite element analysis. According to the relevant specifications, standards and engineering geology conditions, hydrogeological conditions, dam geometrical parameters and physical and mechanical parameters of rock and soil, combined with the actual situation of the site, under the premise of ensuring safety, the first extraction of CAD Coordinate data, the use of gocad, surfer software to fit the data processing, and then into the ANSYS model. During the process of tailings construction, the numerical simulation of three - dimensional seepage field is completed, and the distribution characteristics of three - dimensional seepage field of tailings are calculated to provide reference information for engineering construction.

Results: After the ANSYS program, the calculated gradient can be obtained the water head pressure, flow rate and flow direction of the drain pipe of the pressure Foundation. At the same time, the numerical simulation accurately determines the location of the dam infiltration line and satisfies the requirement of 30 m of the discharge port. It shows that the dam seepage control parameters meet the constructive requirements at this stage.

Key words: Tailings；Seepage；ANSYS；FEM

目 录

第1章 绪论 1

1.1 尾矿库现状 1

1.2 研究内容及意义 2

第2章 龙王顶尾矿坝工程概况 3

2.1 尾矿库工程地质条件 3

2.1.1 库区地形地貌 3

2.1.2 地层岩性特征及工程性质 3

2.1.3 区域地表水系 4

2.1.4 地下水成因及类型 4

2.1.5 场地岩土物理力学指标 5

2.1.6 库区地层渗漏分析 7

2.2 尾矿库防渗处理设计 7

2.2.1 坝体防渗处理设计 8

2.2.2 坝基防渗处理设计 8

2.2.3 料场开采区的防渗处理设计 9

2.3 排洪系统工程 9

2.4 坝体及尾矿参数 10

2.4.1 主坝 10

2.4.2 副坝 10

2.4.3 筑坝材料 14

2.4.4 尾矿坝设计参数 14

2.5 尾矿库库容与等级 16

2.5.1 库容计算 16

2.5.2 尾矿库等级划分 16

第3章 尾矿库ANSYS计算渗流原理 18

3.1 有限元法分析 18

3.2 达西定律的应用 18

3.3 三维稳定渗流的基本微分方程和定解条件 18

第4章 尾矿库模型建立 22

4.1 坐标文件预处理 22

4.1.1 CAD文件的坐标提取 22

4.1.2 GOCAD提取等高线中拟合点数据 23

4.1.3 利用surfer处理坐标数据 25

4.2 ANSYS模型建立 27

4.2.1 建立有限元模型 27

4.2.2 网格划分 28

4.2.3 材料力学参数的赋值 29

4.2.4 导出边界条件 29

4.3 模型加载分析 30

4.4 渗流结果分析 31

第5章 结论 32

参考文献 33

致 谢 34

第1章 绪论

1.1 尾矿库现状

随着我国经济的高速发展，使我国资源短缺的矛盾越来越得到重视。大规模的矿产资源进行开发使用，在提高经济作用的同时，又带来了很多的隐患，使得环境压力越来越大。

其中，矿山的重要组成部分之一，尾矿库就是用来澄清尾矿水，储存尾矿。在矿山运作的同时，尾矿库的储量越来越大，考虑到大气降水，地下裂隙水，地质作用，尾矿库需要进行安全稳定分析与评价。2008年的统计来看，国内拥有尾矿库8541座。迄今为止我国的尾矿库现有12718座，这个统计中目前已经闭库的尾矿库1024座，占总数的8%，在建库有1526座，占总体统计的12%^[1]。

通过分析与统计, 我国尾矿库可以稳定运作的约占 63%，中间存在有隐患的尾矿库约占 37%。从这个数据中容易看出，正常使用和运作的尾矿库低于70%。很大一部分的尾矿库都是在危险边沿的状况下生产和运行的，这是一个潜在的隐患，也是一个严重的危险源，严重影响到尾矿库周围住民的生命财产安全，对周围环境也形成了相当的潜在威胁^[2]。