一种真空预压排水固结铀尾矿泥的数值模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种真空预压排水固结铀尾矿泥的数值模拟方法，属于铀尾矿库安全技术领域，包括以下步骤：根据工程勘察报告建立设定场地的三维工程地质模型；对建立的三维工程地质模型进行有限元网格剖分，形成包含单元、节点、应力积分点的有限元计算模型；对有限元计算模型执行真空预压操作；获取有限元计算模型的各项参数变化数据，并推导得出排水固结效果。本发明专利技术基于三维数值模拟方法确定铀尾矿库排水固结施工参数，模拟周期短，可降低施工费用，无需现场实地施工，危险系数低。

A numerical simulation method of drainage and consolidation of uranium tailing slime by vacuum preloading

【技术实现步骤摘要】
一种真空预压排水固结铀尾矿泥的数值模拟方法
本专利技术涉及一种真空预压排水固结铀尾矿泥的数值模拟方法。
技术介绍
尾矿库内贮存有大量未经压实的尾矿砂及澄清水，从而使得尾矿坝浸润线较高，在遭遇较大暴雨洪水时可能发生溃坝事故。与其他行业尾矿库相比，铀尾矿库作为储存大量铀尾矿而形成的较大的放射性辐射污染源，一旦发生溃坝事故，大量放射性尾矿流失库外，将造成下游环境辐射污染，严重危害下游生态环境及公众健康。采用真空预压方法，促使铀尾矿泥排水固结，使得湿式铀尾矿库成为干式堆存的尾矿库，库内不再有澄清水，可以消除尾矿库浸润线，从而增强尾矿库坝体安全性，降低其溃坝风险。但采用真空预压方法排水固结铀尾矿泥施工前，需要进行现场试验以确定合理的排水板间距、插板深度等施工参数，试验周期长、费用高。同时，尾矿库滩面较软，施工难度较大、危险系数较高。
技术实现思路
本专利技术提出一种真空预压排水固结铀尾矿泥的数值模拟方法，基于三维数值模拟方法确定铀尾矿库排水固结施工参数，模拟周期短，可降低施工费用，无需现场实地施工，危险系数低。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种真空预压排水固结铀尾矿泥的数值模拟方法，包括以下步骤：S1，根据工程勘察报告建立设定场地的三维工程地质模型；S2，对建立的三维工程地质模型进行有限元网格剖分，形成包含单元、节点、应力积分点的有限元计算模型；S3，对有限元计算模型执行真空预压操作；S4，获取有限元计算模型的各项参数变化数据，并推导得出排水固结效果。作为本专利技术的一个优选实施例，步骤S1具体包括以下步骤：S101，建立初始三维工程地质模型；S102，根据工程勘察报告设定土层本构模型与参数；S103，确定模型边界条件；S104，获得与设定场地实际情况相对应的三维工程地质模型。作为本专利技术的一个优选实施例，步骤S102，根据工程勘察报告设定土层本构模型与参数具体指的是综合考虑勘察报告中的室内试验及原位试验成果，选择软土本构模型的各个参数取值；利用土层的试验力学指标一维压缩模量Es换算修正压缩指数λ*以及修正回弹指数κ*或者利用土层的试验物理指标孔隙比随应力水平的变化确定修正压缩指数λ*以及修正回弹指数κ*。作为本专利技术的一个优选实施例，步骤S103，确定模型边界条件具体指的是采用标准的边界约束条件确定确定模型的位移边界约束条件。作为本专利技术的一个优选实施例，地表为自由边界、底部为全约束、四周为法向约束；水力边界为地表自由排水、四周为定水头边界、底部不透水；塑料排水板采用线排水单元，对应土体内部的线形排水边界；密封墙采用非透水界面单元。作为本专利技术的一个优选实施例，S3，对有限元计算模型执行真空预压操作具体包括在有限元计算模型中施加80kPa的真空荷载，在膜下真空度达到80kPa时，持续抽真空140天。作为本专利技术的一个优选实施例，步骤S4具体包括以下步骤：S401，针对数值模拟结果，分析真空预压区地层水平位移、沉降、超静孔压变化情况以及沉降、孔压随时间变化情况；S402，选择合理的真空预压施工参数；S403，定量评价排水固结效果。本专利技术的有益效果在于：基于三维数值模拟方法确定铀尾矿库排水固结施工参数，模拟周期短，可降低施工费用，无需现场实地施工，危险系数低。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一种真空预压排水固结铀尾矿泥的数值模拟方法一个实施例的流程图；图2为真空预压区地层分布模型；图3为场地真空预压排水体模型；图4为真空预压区有限单元网格模型；图5为真空预压区的地基变形图；图6为真空预压区地层沉降云图；图7为真空预压区地层水平位移云图；图8为真空预压区地层沉降-时间曲线。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本专利技术提出了一种真空预压排水固结铀尾矿泥的数值模拟方法，包括以下步骤：S1，根据工程勘察报告建立设定场地的三维工程地质模型；步骤S1具体包括以下步骤：S101，建立初始三维工程地质模型；S102，根据工程勘察报告设定土层本构模型与参数；结合场地土层物理力学特性，选取可以很好模拟土层力学、变形和固结性质的本构模型。软土本构模型考虑土层刚度与应力的相关性(对数压缩定律)、可区分加卸载过程、对先期固结应力具有“记忆性”、考虑孔隙比及渗透性的变化等。综合考虑勘察报告中的室内试验及原位试验成果，选择软土本构模型的各个参数取值；利用土层的试验力学指标一维压缩模量Es换算修正压缩指数λ*以及修正回弹指数κ*或者利用土层的试验物理指标孔隙比随应力水平的变化确定修正压缩指数λ*以及修正回弹指数κ*。S103，确定模型边界条件；采用标准的边界约束条件确定确定模型的位移边界约束条件。地表为自由边界、底部为全约束、四周为法向约束；水力边界为地表自由排水(同原泥面上的砂垫层排水条件)、四周为定水头边界(同场地周围的水力补给条件)、底部不透水(同未完全揭露的极微透水层排水条件)。塑料排水板采用线排水单元来模拟，该单元对应土体内部的线形排水边界，既可以作为普通的排水体，也可以代表具有真空度的排水体。密封墙采用透水性极弱的材料，因此采用非透水界面单元。S104，获得与设定场地实际情况相对应的三维工程地质模型。S2，对建立的三维工程地质模型进行有限元网格剖分，形成包含单元、节点、应力积分点的有限元计算模型；S3，对有限元计算模型执行真空预压操作；模型的初始条件按照正常固结软黏土的应力场计算，考虑抽真空效率的问题，在有限元计算模型中施加80kPa的真空荷载，在膜下真空度达到80kPa时，持续抽真空140天。S4，获取有限元计算模型的各项参数变化数据，并推导得出排水固结效果。步骤S4具体包括以下步骤：S401，针对数值模拟结果，分析真空预压区地层水平位移、沉降、超静孔压变化情况以及沉降、孔压随时间变化情况；S402，选择合理的真空预压施工参数；S403，定量评价排水固结效果。以下结合附图和具体应用实例对本专利技术作进一步的说明：实施例一：某铀尾矿库滩面面积达1.36km2，滩面内堆存的大量的铀尾矿泥和钛白泥。建立场地工程地质模型如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种真空预压排水固结铀尾矿泥的数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1，根据工程勘察报告建立设定场地的三维工程地质模型；/nS2，对建立的三维工程地质模型进行有限元网格剖分，形成包含单元、节点、应力积分点的有限元计算模型；/nS3，对有限元计算模型执行真空预压操作；/nS4，获取有限元计算模型的各项参数变化数据，并推导得出排水固结效果。/n

【技术特征摘要】
1.一种真空预压排水固结铀尾矿泥的数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，根据工程勘察报告建立设定场地的三维工程地质模型；
S2，对建立的三维工程地质模型进行有限元网格剖分，形成包含单元、节点、应力积分点的有限元计算模型；
S3，对有限元计算模型执行真空预压操作；
S4，获取有限元计算模型的各项参数变化数据，并推导得出排水固结效果。


2.根据权利要求1所述的一种真空预压排水固结铀尾矿泥的数值模拟方法，其特征在于，步骤S1具体包括以下步骤：
S101，建立初始三维工程地质模型；
S102，根据工程勘察报告设定土层本构模型与参数；
S103，确定模型边界条件；
S104，获得与设定场地实际情况相对应的三维工程地质模型。


3.根据权利要求2所述的一种真空预压排水固结铀尾矿泥的数值模拟方法，其特征在于，步骤S102，根据工程勘察报告设定土层本构模型与参数具体指的是
综合考虑勘察报告中的室内试验及原位试验成果，选择软土本构模型的各个参数取值；
利用土层的试验力学指标一维压缩模量Es换算修正压缩指数λ*以及修正回弹指数κ*或者利用土层的试验物理指标孔隙比随应力水平的变化确定修正压缩指数λ...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭大平，李哲辉，李玉雷，胡良才，
申请(专利权)人：中核第四研究设计工程有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13