尾矿库渗流溃坝模型实验研究

渗流破坏是尾矿库溃坝的重要诱导因素之一,但目前针对渗流破坏对尾矿库溃坝影响的研究还比较少,因此本文以云南某尾矿库为工程背景,采用自制的尾矿库溃坝实验装置,开展尾矿库室内堆(溃)坝模型实验研究,分析在渗流破坏情况下尾矿库溃坝过程、溃口发展、下泄泥砂沉积规律。结果表明：空隙中的可动颗粒被渗出水流带走,造成初始渗流通道建立并扩大,坝肩中部出现“砂流溢出”和“沼泽化”现象;随着坝体集中渗流通道的扩展,出渗点位置上部饱和坝体在自重作用下发生沉降和垮塌,并向上游呈牵引式发展,随后库内水流漫过坝顶垮塌部分的最低点,导致溃口的形成,坝体破坏模式由逆向牵引破坏向溢流侵蚀破坏转变;溃口的发展主要是由溃坝水流对坝体的掏蚀、冲刷所造成,在溃坝的不同时刻溃口发展是不同的,初中期以下切为主,后期为横向展宽以主;由于水流的分选作用,下泄泥砂在坝体下游的沉积随演进距离的增加,表现出由粗到细的规律,且不同位置出现了粒径的分级现象。以上研究成果能为矿山的防灾减灾提供理论基础。     

不同降雨工况下尾矿库溃坝模型试验及潜在经济损失评估研究

采用尾矿库降雨溃坝试验装置,以赣南某尾矿库为原型,对不同降雨工况下(５０,７０,９０,１１０mm/h)尾矿库溃坝过程、溃口发展、淹没范围和转运距离、下泄尾砂沉积规律和溃坝影响范围潜在经济损失评估进行尾矿库溃坝模型试验.结果表明:随着降雨强度增加,相同时间阶段坝体的破坏越严重,但对坝体破坏规律的影响并不显著;４组试验中坝体溃口总体呈“喇叭”状发展变化,最终溃口的宽度、深度随降雨强度的增加不断增大,在不同阶段表现出不同特点;溃坝后尾砂流淹没范围随单位时间变化大致分为３阶段,淹没范围、转运距离随不同降雨工况而改变;溃坝尾砂粒径在模型下游的沉积表现出随转运距离的增加而递减,在距模型坝址１２０cm 处粒径出现较大变化,破坏过程中坝体细颗粒流失对坝体稳定性产生不利影响;通过损失风险评估得出若发生最大降雨工况的溃坝,事故后果严重性等级为“极重度”,该地区经济损失风险β值为１．２１％,事故严重影响该地区社会经济.研究成 果 为 尾 矿 库 在 降 雨 情 况 下 的 灾 害 防 控 提 供参考.     

尾矿库渗流溃坝模型试验研究

以云南某尾矿库为工程背景,采用自制的尾矿库溃坝试验装置,开展尾矿库室内堆(溃)坝模型试验研究,分析在渗流破坏情况下尾矿库溃坝过程、溃口发展、下泄泥砂沉积规律。结果表明:空隙中的可动颗粒被渗出水流带走,造成初始渗流通道建立并扩大,坝肩中部出现"砂流溢出"和"沼泽化"现象;随着坝体集中渗流通道的扩展,出渗点位置上部饱和坝体在自重作用下发生沉降和垮塌,并向上游呈牵引式发展,随后库内水流漫过坝顶垮塌部分的最低点,导致溃口的形成,坝体破坏模式由逆向牵引破坏向溢流侵蚀破坏转变;在溃坝的不同时刻溃口发展是不同的,初中期以下切为主,后期以横向展宽为主;由于水流的分选作用,下泄泥砂在坝体下游的沉积随演进距离的增加,表现出由粗到细的规律,且不同位置出现了粒径的分级现象。以上研究成果能为矿山的防灾减灾提供理论基础。     

尾矿库坝体溃决参数预测

尾矿库坝体溃决参数对其溃决形成泥石流灾害具有非常重要的影响。依据溃决基础理论,探讨了尾矿库坝体溃决形式及参数预测方法。以云南磷化集团海口磷矿的玉铜汞凹子尾矿库为例,分析了全溃决、1/2溃决、1/3溃决及1/4溃决4种坝体溃决形式下,尾矿库溃坝的泄砂总量、溃坝决口平均宽度、溃口坝址最大泥石流流量、溃坝泥石流流速、溃坝泥石流动压力及坝址泄砂流量过程线等溃决参数。研究成果不仅对于减少因尾矿库溃坝造成的损失有重要的现实意义,而且为尾矿库设计者与矿山管理决策者提供一定的理论依据。     

连续降雨下尾矿库失稳溃坝数学模型研究与应用

针对连续降雨导致的尾矿库失稳溃决,基于饱和-非饱和渗流理论和水砂混合物非平衡连续方程和动量方程,建立了一个尾矿库边坡失稳溃坝数学模型。该模型可考虑连续降雨条件下尾矿库的渗流场和应力场变化、溃口和底床变化对溃坝下泄物流量过程影响。应用该模型对某尾矿库进行了连续降雨条件下失稳溃坝过程的模拟分析,计算结果表明：连续降雨入渗使尾矿库浸润线不断抬升,进而导致尾矿库边坡发生失稳,失稳后坝体受力条件急剧恶化,在上游荷载作用下发生剪切破坏导致漫顶溃决。     

基于相似理论的尾矿库溃坝模型试验研究

为了定量掌握尾矿库坝体的溃决过程及其对下游的影响,采用相似理论建立尾矿坝物理模型,对某高程尾矿库溃坝进行了详细过程记录和研究,分析溃坝过程中坝址流量、水位过程线以及尾砂向下游演进规律.试验结果表明:尾矿坝在４０min左右发生漫顶、垮塌泄流现象,同时坝址出现洪峰,其最大流量达４０４０m３/s,洪峰沿程传播衰减,其下游断面洪峰逐步平坦且形态呈锯齿状;堆积坝最大溃口宽度约１１０m,深度约５０m;溃口下游断面水流宽度有所缩窄,随着水流的逐步 下 移,溃 口 宽 度 先 增 大 后 逐 步 减 缓 趋 于 平 衡.研究表明,尾矿堆积坝顶在溃坝时为尾砂下泄的重点破坏区域,特征断面越靠近堆积坝,冲刷深度越大,离堆积坝越远冲刷深度越 小,且 冲 刷 宽 度 越 来 越 窄,泥 沙 淤 积 现 象 越明显.     

尾矿库坝体稳定性在线监测系统研究

尾矿库作为一种高势能人造泥石流危险源,其稳定性的监测对防止溃坝灾害的发生起到至关重要的作用.以坝体深部位移、坝体表面位移、浸润线、渗流压力、库水位、降雨量、干滩长度和安全高差为监测内容,研究了基于GSM/GPRS通信网络平台的尾矿库安全监测数据的无线远程传输技术,以全新的监测技术和手段,实现了尾矿坝稳定性的全天候、自动、远程监控,建成了集监测数据定时采集、实时传输于一体的高精度尾矿坝稳定性在线监测系统.监测系统的建成为获得尾矿库坝体运营过程中的动态演化信息提供了有效的技术手段.     

云南某矿山磷石膏尾矿库溃坝灾害影响分析

针对尾矿库溃坝事故,对溃坝后不同时间节点的影响范围及程度进行深入分析,并根据某矿山尾矿库现场测量参数计算确定下泄总量、溃坝口宽度、溃口最大流量、库浆下泄时间、库浆最大流速、库浆最大冲击力及溃坝的理论危害面积等溃坝的重要参数。最后,利用Gambit软件建立对尾矿库下游地区的简化模型,并通过ANSYS FLUENT软件对尾矿库溃坝进行实时动画模拟,以此分析尾矿库溃坝的影响。结果表明：1)该尾矿库发生溃坝事故时,库浆主要呈柱状涌出并开始向两边扩散,溃口库浆流速较快;2)溃坝发生后50 s时,库浆就能纵穿整个下游区域。到80 s时,整个下游区域几乎已经完全被淹没;3)数值模拟结果和尾矿库溃坝计算数据相比较,两者吻合良好。     

矿浆浓度对尾矿库溃坝泥石流运动规律研究分析

针对矿浆浓度会引起尾矿库溃坝等灾害问题,以四川某铜矿尾矿库为工程背景,基于溃决泥石流运动规律试验装置进行模型试验,利用观测设备对不同矿浆浓度条件下尾矿坝溃决泥石流运动规律进行分析。研究表明:随着矿浆浓度的不断增大,泥石流在下游沟谷中的运动过程更加激烈,泥石流流态和冲击力y也越大。研究可为尾矿坝溃坝泥石流程度预测和灾害范围等风险问题提供有益的指导。     

尾矿库漫顶溃坝模型试验研究

根据洪水计算结果、调洪库容和排洪设施泄洪能力进行调洪演算,找出漫顶溃坝的诱因,拟定试验备件,选取洪水频率,确定洪水过程线,再换算成模型试验来水流量-时间曲线。将相似准则适当放宽,重点考虑集积效果相似,试验模型遵循水流重力相似、水流阻力相似、尾矿起动相似和尾矿悬移相似等相似条件。以国内某尾矿库为工程背景,建立试验模型进行溃坝试验研究,分析溃决过程和溃坝机理。尾矿坝漫顶溃坝溃口发展过程主要由"水流冲刷引起的纵向连续下切及陡坎冲蚀"和"溃口边坡失稳坍塌引起的横向间歇扩展"组成,在溃坝初期,水流侵蚀是溃口扩展的主导因素,而在中后期,纵向陡坎冲蚀和边坡失稳坍塌成为溃口扩展的主导因素。     

强降雨洪水条件下尾矿库溃坝灾害影响研究

强降雨是导致尾矿库发生溃坝灾害的重要因素。为进一步探究强降雨洪水条件下尾矿库溃坝灾害影响,依托四川某尾矿库为研究对象,分析不同降雨频率条件下（200年、500年、1000年）的洪水暴发强度,并结合FLO-2D软件对强降雨条件下尾矿库溃坝影响进行了数值模拟。研究结果表明：溃坝量对尾矿库溃坝致灾程度有显著影响,溃坝砂流的灾害影响程度随溃坝量的增加而增大;溃坝尾砂流的最大淹没高度和峰值流速随溃坝量的增加而增大,下泄砂流的沿程淹没高度随尾砂运动距离的增加呈下降趋势;在地面高程变化幅度大的区域砂流的流速明显偏大,地面高程变化对砂流流速变化有较大影响。根据溃坝模拟结果,对强降雨条件下的溃坝尾砂流致灾影响程度进行了预估,为相关尾矿库溃坝灾害预测提供了参考。     

降雨影响下的动态加权贝叶斯尾矿库溃坝风险评估

溃坝风险存在于尾矿库运行期的各个阶段,但传统的风险预测难以反映出尾矿库溃坝风险实时动态变化。首先构建了包含动态指标和静态指标的评价指标体系并计算指标权重和时间权重;建立了嵌入时间权重和指标权重的动态加权贝叶斯网络尾矿库溃坝风险评估模型;然后通过区间数优度排序改进参数学习数据不足情况下条件概率的求取方法;最后对不同降雨持续时间和不同降雨量影响下尾矿库溃坝风险的动态贝叶斯网络进行概率推理。结果显示,当持续3日降雨量为A级（高风险）、B级（较高风险）时,降雨量造成尾矿库溃坝的风险概率分别从19.0%和9.1%上升到34.9%和20.4%。研究表明,引入时间权重的评估模型体现出了尾矿库溃坝的动态发展过程,动态评估更符合客观事实。     

尾矿库溃坝滑坡体滑移距离的研究

尾矿库是一个具有高势能的人造泥石流危险源,尾矿库一旦发生溃坝事故,将产生巨大冲击力和破坏力。为了在有限的应急处置时间内制定及时有效的应急避险预案,减少溃坝后的人员伤亡、经济损失和生态环境破坏,需要正确估算溃坝后尾矿掩埋区滑移范围,即主要确定溃坝滑坡体滑移距离。针对尾矿库溃坝滑坡体滑移距离估算,提出了刚体沿折面滑动和刚体沿圆弧曲面滑动的2种滑动模型,分别建立了溃坝滑坡体滑移距离的计算公式。重点分析了扩散角、掺气深度、空气阻力、滑移体高度、残余强度、撞击动压力和拦挡坝等尾矿库溃坝发生滑移所涉及到的几个主要问题。通过实例计算,2种滑动模型的计算结果都与实际情况较为接近,可为今后尾矿库的安全管理以及选址提供参考。     

某尾矿库渗流计算数值模拟

根据尾矿库的具体工程地质条件,采用渗流分析软件对尾矿库进行渗流数值模拟计算.考虑尾矿库渗透水在尾矿堆积体内流动时做低雷诺数的层流运动,以线性达西定律为基础,模拟不同坝高在正常运行工况和洪水运行工况下的渗流数值计算.结果表明:在冲沟的位置有较大的速度矢量,对流沙的裹挟会使局部危害加剧;库内水位向下游尾矿堆积坝体的渗透过程中,总水头最大,浸润线在坝顶部逸出可能性最大,最容易发生渗流破坏.     

上游式湿排尾矿分级分区放矿筑坝工艺试验及应用#br#

针对上游式湿排尾矿库入库尾矿粒度偏细、浓度偏高、不易分选的特点,为实现尾矿的安全堆存,采用分级分区放矿,将粗细尾矿分级后,粗颗粒尾矿优先在坝前放矿,细颗粒尾矿在上游库内排放。通过在南京梅山山景尾矿库实施旋流器分级分区放矿筑坝试验,将入库尾矿经FX 250型水力旋流器在0.1 MPa压力下进行分级,将沉砂质量浓度稀释至35%以下排放在坝前,取样检测表明,坝前20 m范围内+0.075 mm尾矿占比在90%左右,坝前40 m范围粗颗粒含量明显增加。通过在粗尾矿沉积的坝前区构筑池填法子埂,使粗尾矿集中在坝前最小干滩长度范围内沉积形成安全超高区;将溢流汇集后经管道输送至上游库内排放。试验结果表明,上游式尾矿分级分区排放工艺能够很好地解决细粒高浓度尾矿采用坝前水力冲积放矿存在的防洪不足及坝体稳定性不高的问题。该尾矿堆存工艺在南京梅山山景尾矿库成功应用,既解决了尾矿库前期运行存在的潜在安全隐患,又节省了运行成本。     

精细地形下铀尾矿库溃坝三维数值模拟研究

为研究铀尾矿库溃坝泥石流演进规律及其对下游环境的影响,基于VOF方法、RNG k-ε紊流模型,建立溃坝三维数值模型,利用水槽溃坝试验验证了数值模型的准确性;针对某铀尾矿库建立坝体三维模型及下游河道三维精细地形模型,采用计算流体力学软件Flow-3D对铀尾矿库局部溃坝进行三维数值模拟研究,得到溃坝泥石流流速、传播时间、泥石流深度等要素变化规律以及溃坝泥石流影响范围。模拟结果表明,尾矿库局部溃坝泥石流不会直接冲击尾矿库下游村庄。     

榆木沟尾矿库自流式辐射井排渗系统施工关键技术

浸润线过高导致的渗流状况不良已经成为许多尾矿库的主要安全隐患,是引起尾矿库溃坝事故的最直接原因之一。自流式辐射井排渗系统具有自流排水安全可靠、辐射式集渗管水平伸入坝体范围广、排水量大、水位下降快、成本低、使用寿命周期长、后期管理运行方便等优势。在榆木沟尾矿库2号大口辐射井工程中应用了自流式辐射井排渗系统,取得了良好的技术和经济效果。结合该工程实践,对自流式辐射井排渗系统在尾矿库排渗工程中的施工关键技术问题进行了研究和探讨,为今后类似工程提供了有益的经验。     

某加高扩容尾矿库三维静力敏感性及地震反应数值分析

为验证某复杂地质条件下尾矿库加高扩容设计方案的合理性,采用非线性有限元程序建立了初期坝、堆积坝以及坝基的三维有限元模型,首先分析了当堆积坝各料区均采用设计参数时,坝体在自重及上游沉积滩水压力作用下的静力位移、应力和应力水平,然后考虑到实际排矿堆积过程中存在的不确定性,对各层尾砂的主要变形模量进行了敏感性分析,最后采用动力时程分析法对坝体进行动力稳定性分析。结果表明,数值模拟结果符合工程实际,工程加高扩容设计方案较为合理,坝体不会出现因地震作用所导致的水平或垂直向裂缝以及沉积池水漫顶情况。研究成果可为设计及施工方案提供一定的理论依据。