Hydro and geomechanical stability assessment of the bund wall bottom slope of the Dniprovsk tailing dump

Abstract

Purpose. The objective is to assess the stability of bund wall components of a hydro-technical structure under the conditions of a tailing dump which hydrodynamic mode has been disrupted during operation. The specified data on the geomechanical state, physical and mechanical properties have been used of both the bund wall material and that of the soil base. Methods. Mathematical modeling by means of finite element method has been used to assess the hydro and geomechanical stability of bund wall components of a tailing dump (flood-breaking dam). The most reliable software Phase 2 v.8.0 was used for simulating. The modeling takes into consideration the influence of hydrostatic weighing forces and hydrodynamic pressure as well as nonstabilized state of water-logged rocks in the bund wall body. Findings. Based on the results of assessments, geomechanical stability margin of the bund wall components of a tailing dump has been determined. It has been shown that on an equal height of the bund wall, the areas with insigni-ficant angles of bottom slopes horizontal equivalent are characterized by the greater stability margin, and their resistance to shear deformation factor is comparable to the strength of alluvial sands shear in the base of a dam. In this context, stability margin is connected with the controlling influence on the bund wall state of water-logged soils, located above the ground water table in the dam body. Originality. It has been determined that the hydro and geomechanical state of the bund wall components of the hydro and technical structure is influenced by the occurrence within the bounds of the tailing dump bund wall of alternately water-logged rock material intervals located above the ground water fixed position. Practical implications. The results of modeling the tailing dump hydro and geomechanical state, which consider the multifactor conditioning of hydrodynamic and deformation processes in a body of the bund wall components, are the basis to substantiate a complex of engineering measures directed at the ensuring further safe operation of the hydro and technical structure.

Мета. Оцінка стійкості огороджувальних елементів гідротехнічної споруди в умовах порушеного експлуатацією хвостосховища гідродинамічного режиму на підставі уточнених даних про геомаханічний стан і фізико-механічні властивості матеріалу огороджувальної дамби та ґрунтової основи. Методика. Для оцінки гідрогеомеханічної стійкості огороджувальних елементів хвостосховища (дамби обвалування) використано математичне моделювання методом кінцевих елементів за допомогою програмного пакету Phase 2 v.8.0, що враховує вплив сил гідростатичного зважування й гідродинамічного тиску, а також нестабілізованого стану водонасичених порід у тілі огороджувальної дамби. Результати. За результатами виконаних оцінок встановлено запас геомеханічної стійкості огороджувальних елементів хвостосховища “Дніпровське”. Виявлено, що при рівній висоті огороджувальної дамби великим запасом стійкості характеризуються ділянки з малими кутами закладення низових укосів, а їх опір розвитку зсувних деформацій можна порівняти з опором зрушення алювіальних пісків у основі дамби, при цьому, запас стійкості пов’язаний з визначальним впливом на стан огороджувальної дамби водонасичених ґрунтів, розташованих вище рівня ґрунтових вод у тілі дамби. Наукова новизна. Встановлено вплив на гідрогеомеханічний стан огороджувальних елементів гідротехнічної споруди наявності в межах огороджувальної дамби хвостосховища інтервалів змінно водонасиченого породного матеріалу, розташованого вище фіксованого положення рівня ґрунтових вод. Практична значимість. Результати моделювання гідрогеомеханіческого стану дамби хвостосховища, що враховують багатофакторну обумовленість гідродинамічних і деформаційних процесів у тілі огороджуючих елементів, складають основу для обґрунтування комплексу інженерних заходів, спрямованих на забезпечення подальшої безпечної експлуатації гідротехнічної споруди.

Цель. Оценка устойчивости ограждающих элементов гидротехнического сооружения в условиях нарушенного эксплуатацией хвостохранилища гидродинамического режима на основании уточненных данных о геомеханическом состоянии и физико-механических свойствах материала ограждающей дамбы и грунтового основания. Методика. Для оценки гидрогеомеханической устойчивости ограждающих элементов хвостохранилища (дамбы обвалования) использовано математическое моделирование методом конечных элементов с помощью программного пакета Phase 2 v.8.0, учитывающее влияние сил гидростатического взвешивания и гидродинамического давления, а также нестабилизированного состояния водонасыщенных пород в теле ограждающей дамбы. Результаты. По результатам выполненных оценок установлен запас геомеханической устойчивости ограждающих элементов хвостохранилища “Днепровское”. Выявлено, что при равной высоте ограждающей дамбы большим запасом устойчивости характеризуются участки с малыми углами заложения низовых откосов, а их сопротивление развитию сдвиговых деформаций сопоставимо с сопротивлением сдвигу аллювиальных песков в основании дамбы, при этом, запас устойчивости связан с определяющим влиянием на состояние ограждающей дамбы водонасыщенных грунтов, расположенных выше уровня грунтовых воды в теле дамбы. Научная новизна. Установлено влияние на гидрогеомеханическое состояние ограждающих элементов гидротехнического сооружения наличия в пределах ограждающей дамбы хвостохранилища интервалов переменно водонасыщенного породного материала, расположенного выше фиксируемого положения уровня грунтовых вод. Практическая значимость. Результаты моделирования гидрогеомеханического состояния дамбы хвостохранилища, учитывающие многофакторную обусловленность гидродинамических и деформационных процессов в теле ограждающих элементов, составляют основу для обоснования комплекса инженерных мероприятий, направленных на обеспечение дальнейшей безопасной эксплуатации гидротехнического сооружения.