尾矿坝在降雨与拟静态荷载共同作用下的边坡可靠性分析

《Scientific Reports》：Slope reliability analysis of tailings dam under coincidence of rainfall and pseudo-static motions

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摘要

尾矿坝的破裂对下游社区和生态系统构成灾难性风险，然而传统的稳定性评估很少考虑降雨与准静态作用同时发生的影响，以及土壤性质的空间变异性。本研究提出了一个可靠性分析框架，该框架结合了非饱和渗流模拟、随机场建模和XGBoost替代模型，用于评估在多种灾害共同作用下的瞬态安全系数（FoS）和失效概率。一个尾矿坝案例研究表明，当累计降雨量超过100毫米时，最小FoS出现的时间从降雨停止时变为降雨期间。无论是中等降雨量（40毫米）还是准静态作用（k_h=0.05）单独作用都不会导致坝体不稳定，但它们的同时作用会使坝体进入临界状态。考虑到水平准静态力的不确定性，在40毫米降雨量下，失效概率会增加两个数量级。与传统观点相反，我们的研究确定了在强降雨模式下控制峰值风险时间的100毫米降雨阈值，并量化了由准静态不确定性引起的显著失效概率放大效应。XGBoost替代模型在预测FoS方面的验证R²值为0.78，并且相比传统的蒙特卡洛模拟方法计算效率提高了约95%，为尾矿坝及其他在复合灾害作用下的岩土系统的可靠性评估提供了一种稳健且可推广的工具。

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