头顶尾矿库溃坝下游平原区防护措施优选研究

头顶尾矿库安全风险巨大,极易引发重大安全事故,因此,对该类尾矿库溃坝泥石流演进过程和下游防护措施进行研究具有重要意义。针对下游为开阔平原地形的尾矿库,通过模型试验与数值模拟两种方 法,研究了在不同下游拦挡坝布置形式下,坝体下游各位置的泥沙淤积厚度以及淹没范围,在此基础上对下游防护拦挡坝的布置形式进行了优选。通过分析溃坝后下游泥沙淤积厚度以及淹没范围,得出：①拦挡坝具 有拦挡和导流的双重作用,其中导流又分为横向导流和纵向导流。②坝体角度不同,拦挡坝发挥的作用不同：坝体夹角越大,表现为拦挡作用越明显;坝体夹角越小,表现为导流作用越明显。③坝体夹角为128°的拦 挡坝为最优防护措施,原因在于该坝型的折角可减缓下泄泥沙对坝体的冲击力,并且该坝型的双向导流作用增大了下泄泥沙的流动范围,降低了下游泥沙淤积厚度,能够使泥沙有效地排到周围,减小对下游居民的危 害。研究成果可为下游尾矿库防护措施优选提供决策依据。     

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。     

泥石流拦挡坝破坏模式及控制对策

西南地区泥石流地质灾害频发,作为泥石流治理的一种主要治理措施,拦挡坝能够对泥石流进行有效地拦挡,保护沟道下游居民的安全,从而达到治理的目的。但是,拦挡坝往往会遭到洪水及泥石流的冲刷破坏。根据对实际案例的调查,通过对拦挡坝破坏模式的统计,对泥石流拦挡坝的破坏模式进行归纳分析总结,找出不同破坏模式的破坏机制,从而针对不同破坏模式提出相应的控制措施,对泥石流拦挡坝的设计提供一定参考。     

泥石流拦挡坝破坏模式调查分析

泥石流是一种常见山区自然地质灾害,在治理工程中泥石流拦挡坝应用较为广泛,拦挡坝经历过常年的水力冲刷和泥石流破坏后,很多挡坝均出现了不同程度地破坏,通过现场调查,对拦挡坝的破坏部位、破坏类型和破坏特征进行统计分析,对其破坏类型进行了分类,即根据破坏部位分为坝基破坏、坝肩破坏和坝体破坏;按破坏原因分为冲刷掏蚀破坏、渗透破坏、冲击破坏、滑动倾覆破坏和地震破坏,这些破坏类型中冲击破坏模式占比最大。     

尾矿坝溃坝对下游淹没和撞击的研究

尾矿库坝体发生漫顶、垮塌、坝体滑坡、渗漏等溃坝因素导致尾矿库溃坝,溃坝后高势能的尾砂形成尾砂泥石流冲向下游,对下游居民的生命财产构成严重的威胁。针对以尾矿坝溃坝为尾矿库安全事故灾害中的突出问题,以宝山荷叶塘尾矿库为例,运用分步数值模拟方法将尾砂泥石流运移、淹没这一动量过程和尾砂泥石流与障碍物撞击这一力学过程相结合分析尾矿库4#副坝溃坝时对其下游马鞍岭公路的安全影响,尾矿库溃坝后尾砂对下游公路的淹没和尾砂泥石流运移的规律直接影响着灾害能量的变化,通过尾砂泥石流与下游公路的撞击作用及能量变化揭示其运移规律,研究溃坝尾砂泥石流对下游的淹没范围、尾砂移动规律以及尾砂对下游公路的撞击,探讨下游公路的安全性。     

尾矿库溃坝对下游高速公路桥梁的损伤和滑动破坏评估

溃坝尾砂泥石流是介于水和一般自然界泥石流二者之间的一种颗粒相对均匀的砂—水混合物浆体,具有高势能、流速快的特性,易对下游高速公路造成巨大威胁,因此开展溃坝尾砂泥石流对下游高速公路的损伤评估,对于保障尾矿库下游高速公路安全具有重要意义。本研究基于尾矿库溃坝数值模拟并结合泥石流领域的损伤和滑动破坏研究,建立了溃坝尾砂泥石流对下游高速公路桥梁的损伤和滑动破坏评估模型。首先,进行尾矿库溃坝数值模拟确定高速公路桥墩前溃坝尾砂泥石流的流速和深度变化;然后,将流速和深度数值模拟结果代入计算公式对高速公路损伤和滑动破坏进行定量评估;最后得出评估结果。以铜山口尾矿库为例开展工程应用,研究结果表明:尾矿库溃坝后高速公路桥墩损伤满足要求,桥墩基础损伤评估中计算出局部冲刷最大深度为4.456 m,大于桥墩基础顶部距离地面的高度4 m,一部分桥墩基础将受到侵蚀破坏;桥梁滑动破坏评估中计算出桥墩抗滑动稳定性系数为1.02,低于规范限制1.2,高速公路桥梁存在横向滑动风险。     

基于 CFD-DEM 耦合的尾矿库溃坝数值模拟

流体在尾矿库溃坝的形成和发展过程中起到至关重要的作用,开展尾矿坝流固耦合研究对认识尾矿库 溃坝形成机理和演化规律具有重要意义。 选取某典型尾矿库溃坝工程实例,采用 CFD-DEM 流固耦合方法,先通过标 定试验确定数值模拟细观参数,再对尾矿库溃坝过程进行数值模拟,获得溃坝过程中坝体和尾矿砂的位移场和速度 场,并计算尾矿砂运移距离,计算结果与事故调查报告相吻合,证明 CFD-DEM 流固耦合方法在尾矿库溃坝数值模拟 的可行性。 数值模拟结果表明:溃坝形成初期,滑移面后方有一个受挤压的区域,滑移面进口端深且陡,出口端较为平 缓;尾矿坝溃坝后形成的堆积体呈两头密中间疏,在浆砌子坝前方形成明显的分割带。     

尾矿库溃坝数值计算及对下游影响分析

尾矿库溃坝与水库溃坝和山体泥石流爆发在工程条件上有一定的相似之处。采用工程类比法,借鉴水库溃坝与山体泥石流的研究成果,结合尾矿库溃坝自身的特点,针对逐渐溃坝的情况,对原有模型进行适当调整,得出下泄砂流的洪峰流量、下游沿程最大洪峰流量以及坝下游某处洪峰高度的计算公式,给出了最大洪峰流量到达该处的时间计算公式。将计算公式应用于实际工程,其计算结果为溃坝下游影响分析提供了充分数据,也为尾矿库的设计与管理提供了必要的数据,为尾矿库选址提供了理论依据。     

尾矿坝溃坝数值模拟研究

针对近年来尾矿坝(库)溃坝事故不断增多以及溃坝事故现场数据不容易监测的问题,提出了采用数值模拟的计算机技术模拟事故现场的方法。首先,根据溃坝本身的特点以及溃后泥砂流流动特性选择VOF模型作为数值计算的基本模型,利用Fluent3D流体模拟计算软件进行数值计算。通过相似模拟试验和数值计算结果对比发现,溃坝后泥砂流的泥深分布与冲击力变化曲线都具有相同的趋势,并且各自峰值的相似度较大,证实了利用Fluent3D软件来模拟尾矿坝溃坝后泥砂流流动是可行的,初步解决了因尾矿坝溃坝具有瞬间性及极强破坏性而不易监测到溃坝现场数据的难题,为进一步研究尾矿坝溃坝防护措施打下了基础。     

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。     

基于Flow-3D尾矿库漫顶溃坝过程数值模拟

尾矿库是一个具有高势能的危险源,一旦发生溃坝,将对下游居民的生命财产造成严重威胁。为了提高尾矿库溃坝灾害预测与应急保障能力,本文以某尾矿库为工程背景,开展尾矿库溃坝的室内模型实验,并结合Flow-3D数值仿真技术对尾矿库漫顶溃坝后尾砂流的演进过程进行深入研究。将室内模型实验和数值模拟结果相互对比,溃坝过程基本吻合,验证了较小缩比尺模型实验的准确性以及数值模拟的可靠性。数值模拟研究结果表明：溃水的淹没高度和断面流量随溃坝时间的变化整体表现为前期快速增长及后期的较缓下降, 且随着演进距离的增加, 淹没高度和断面流量峰值都明显降低;下游地形影响溃坝尾砂流的流速和演进方向,溃坝尾砂流在下游弯道处出现“爬高”现象,弯道两岸淹没高度不同,弯道凹岸淹没高度高于另一侧;沟谷与河道的连接处,溃水向河道上下游两边扩散,在河道入口处形成“冲积扇”堵塞河道。     

基于FLUENT的尾矿库溃坝数值模拟及尾砂运动分析

尾矿库溃坝时危害巨大,为了研究广东某矿尾矿库溃坝后的后果,现对其溃坝过程进行模拟。该尾矿库分两期设计,第二期在一期坝的基础上采用下游外推式加高,现以该尾矿库为工程背景,根据现场情况取其研究参数,借助FLUENT软件建立尾矿库溃坝过程三维模型,研究其10~100 s内7个时间段尾砂流的运移距离、流动速度、以及冲击压力以及对二期尾矿库稳定性的影响,并根据数值模拟结果制定有针对性的预防和防治措施。。 ,（此处缺关键过程）结果表明：随着时间的增加,尾砂运移距离逐渐增大,流速和压力先增大后减小,尾砂在下泄过程中离坝址处较近的位置破坏的程度最严重,溃坝从发生至结束历时较短仅为400 s。尾砂溃坝冲击力巨大且迅速,但数值模拟的结果对实际预防和治理工程具有指导意义,能有效的保证尾矿库的安全。     

溃坝水流计算方法研究

开展溃坝水流计算对溃坝过程进行模拟,预测溃口发展及溃坝洪水过程线,对于大坝失事后果的评估,防洪减灾以及保护人民生命财产安全等具有重要意义。研究了常见溃坝水流计算方法,例如溃口平均宽度、坝址最大流量、坝址流量过程线等。最后利用溃坝计算方法对某尾矿库溃坝砂流进行了预测。     

阿朵卡尾矿库稳定性分析及安全监测

尾矿库存在着溃坝、滑坡、崩塌、泥石流等危险隐患。主要对板田钒钛磁铁矿采选项目配套阿朵卡尾矿库工程安全稳定性进行分析与评价,对尾矿库设置安全在线监测系统,为阿朵卡尾矿库的安全与生产提供必要的理论依据。结果得出,尾矿库局部水力坡降(入渗点)超过允许坡降,但位于封闭环境中,加上初期坝及堆积坝的排渗措施,可有效降低浸润线;出渗点位于初期坝底部堆石体中,不会产生管涌等现象;通过使用简化毕肖普法等三种方法算出阿朵卡尾矿库的安全稳定系数处于安全的状态,其稳定性可较好满足安全生产的条件;在稳定状态良好的情况下对阿朵卡尾矿库进行安全监测。     

浆砌石拦挡坝稳定性验算及在泥石流灾害治理中的应用

在对泥石流沟进行详细的地质勘察的基础上,对北京市密云县前火石岭泥石流灾害设计浆砌石拦挡坝进行治理,并对拦挡坝进行了稳定性计算,得到了坝体相关参数及3种设计工况下的抗滑稳定系数、抗倾覆稳定性和地基稳定性。该方案的设计实施,将有效削弱泥石流的致灾能力,降低泥石流对前火石岭村村民生命财产及村内公共设施的威胁,对于维护社会与生态环境的稳定具有积极意义。     

龙泉尾矿坝渗流场计算分析及降水工程设计

尾矿坝的渗流状态是影响尾矿坝安全稳定的重要因素,如何降低坝体浸润线是尾矿坝安全管理工作的重点。以浙江龙泉尾矿库为例,通过尾矿坝渗流场的模拟,对传统公式法和数值模拟浸润线进行对比验证,以确定坝体浸润线,并设计采用辐射井降水技术降低坝体浸润线,取得了较为理想的工程效果。