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。     

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。     

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。     

浅谈尾矿库溃坝分析方法

以国内某尾矿库为例,分别采用目前国内较为流行的泥石流危险性评价方法以及溃坝水力学方法进行数值分析,初步探求其溃坝影响范围,并对其计算结果进行对比分析,找出各种方法的利弊.     

云南某尾矿库溃坝砂流流态研究

尾矿库一旦发生溃坝,库内水和尾砂结合在一起以泥石流的形式涌出,会危及下游人民的生命安全.根据现有的水力学公式对尾矿库溃坝砂流运动形态进行理论计算,根据计算所得结果绘制出溃坝时不同溃坝高度及溃口宽度与尾砂最大流量、到达下游各断面的淹没深度、到达时间、最大流速以及冲击力的关系曲线,并进行分析,为尾矿库管理以及溃坝预防提供依据.     

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。     

凤城市某尾矿库溃坝数值计算

我国尾矿库数量多、规模小、安全度水平低,较多中小尾矿库未经过正规设计, 并且绝大多数尾矿库下游为生活区、工矿企业或重要设施等。进行溃坝分析,为加强尾矿库管理, 最大限度减轻灾害影响提供依据。通过对凤城市某铁矿尾矿库溃坝分析, 预测溃坝泥石流的最大流量、到达时间、淹没范围及深度, 以便采取相应措施, 减少损失。     

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。     

尾矿库安全现状及溃坝失稳研究

主要对当前我国尾矿库的安全现状及特点、尾矿库溃坝机理和溃后泥石流的演进特性进行了综述。在尾矿库溃坝模式方面,尾矿库因漫顶而导致的溃坝属于溢流侵蚀型,因浸润线过高导致的溃坝属于逆流渐进破坏型。尾矿库溃后下泄泥石流的沿程速度变化、冲击力大小和堆积厚度是溃后下泄泥石流演进规律的主要研究重点,三者的变化主要与坝高、溃口形态、不同断面距离坝体距离等因素有关。     

尾矿库溃坝泥石流的演进过程及防护措施研究

以实际工程为例,建立三维溃坝数值模型,对尾矿库溃坝泥石流的演进规律进行三维数值模拟,得到淹没范围以及溃坝泥石流速度、堆积厚度随时间的变化规律,并通过实测资料对数值模拟结果进行验证。将拦挡导流坝应用于实际工程中,旨在通过人为改变泥石流的演进方向,最大程度地降低泥石流灾害。通过分析设置拦挡导流坝前后的泥石流运动特征,证明拦挡导流坝不仅对泥石流起到导流作用,还可拦蓄一部分泥石流,有效地减小泥石流向下游的演进距离。     

某尾矿库溃坝数值计算

尾矿库是现在矿山重大的危险源,一旦溃坝将会造成难以估量的损失。通过建模拟算得出下游村庄以及公路在溃坝危险区范围内,然后采用工程类比法,借鉴水库以及山体泥石流的研究成果,再根据某尾矿库溃坝的自身特点,预测溃坝矿砂流的最大流量、到达时间、淹没范围等,利用预测数据对下游村民及公路进行影响分析,同时也为尾矿库安全评估和采取相应的安全预防措施提供重要的依据。     

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。     

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。     

尾矿库溃坝研究现状综述

尾矿库事故造成的危害位列世界93种事故、公害隐患中的18位,与矿山的生产安全、周边社区的和谐稳定关系密切。首先针对尾矿库溃坝影响因素辨识进行综述,事故树分析法是主要研究方法之一,但该方法受人为主观意识影响较大;其次从对溃坝事故进行数值模拟、物理模型试验两个角度来看,坝体稳定性、溃坝机理、溃坝后泥石流参数是主要模拟方向,但针对溃坝机理进行的物理模型试验模拟较少,且现行主要模拟对象是洪水漫顶导致的溃坝模拟,缺乏对其他溃坝模式的试验分析。由于尾矿库溃坝事故一旦发生,灾害无法预估,着眼尾矿库溃坝从影响因素到事故再到灾害的演化过程,仍需从风险管理、计算机模拟、模型试验等领域进行交叉研究,为提高尾矿库安全管理水平提供参考。     

某尾矿库溃坝对下游影响风险评估

近年来尾矿库溃坝事故时有发生,破坏性巨大,造成不可挽回的生命和财产损失。选取几个溃坝后对下游影响较大的参数,通过数学模拟的方法分析尾矿库溃坝形成的泥石流对下游的影响,并以申太选矿有限公司尾矿库为例进行了风险评估探讨,为企业和安监部门提供参考。     

湖北大冶铜绿山铜铁矿尾矿库溃坝动力特性分析

2017年3月12日凌晨2时20分,湖北大冶铜绿山铜铁矿尾矿库西北角发生了局部溃坝事故,下泄尾砂泥浆约50万m3。在大冶尾矿库溃坝现场考察和相关数据资料查阅的基础上,分析了该尾矿库的结构特征、地质环境特征与溃坝尾砂运动特征。利用无人机航拍技术获取了大冶尾矿库溃坝后的地貌高程数据并建立尾矿库溃坝后的DSM模型,运用DAN3D软件建立了尾矿库溃坝的动力计算模型。通过对比Frictional模型、Bingham模型及Voellmy模型的模拟结果,认为Voellmy模型可以较好地模拟溃坝全过程。模拟结果表明:大冶尾矿库溃坝过程中尾矿泥石流运动持续时间为130 s,最大堆积深度为5 m,最大运动速度为20 m/s。     

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。     

尾矿坝溃坝安全风险分析评价方法

尾矿库作为潜在的泥石流危险源,一旦溃坝会造成严重的人员伤亡、财产损失和环境污染。基于蒙特卡洛方法,考虑尾矿库坝体材料参数的不确定性,分析了尾矿坝的失效概率;基于深度积分方法,模拟了溃坝发生后下泄尾砂流的影响范围及其冲击强度;介绍了下游淹没范围内生命损失、经济损失和环境损失的评估方法。根据上述尾矿库风险评价的基本理论,以9·8山西襄汾尾矿溃坝事故作为典型案例,系统地介绍了尾矿坝溃坝的风险评价方法,并对其风险程度进行了定量评价,上述研究对尾矿库的事故灾害防控和风险管理具有重要的实际意义。     

基于SPH方法的小西沟尾矿库三维溃坝数值模拟

运用光滑粒子流体动力学理论(SPH),以Herschel-Bulkley为计算模型对小西沟尾矿库进行了三维溃坝数值模拟。充分考虑尾砂的类流体剪切黏性行为,基于物理模型试验得到的溃口形态建立计算模型。模拟得到了溃坝尾砂演进动力特性及空间堆积特征,确定了尾矿库溃坝对下游的影响范围,并分析了建构筑物对尾砂流的消能作用;根据尾砂的运动特征,分类圈定风险防控范围,并以此制定风险防控的针对性措施,以防范尾矿库的溃坝风险。     

基于UAV高分辨率摄影测量的尾矿库溃坝模拟

针对大型尾矿库溃坝灾害问题,目前大多数研究没有考虑真实地形的影响,往往对模型进行了简化。将近年发展起来的无人机摄影测量技术应用到尾矿库溃坝模拟研究领域,使用专业航测无人机对山东某尾矿库进行摄影测量,获取库区及下游区域的影像及POS数据,然后通过摄影测量三维重建软件,生成了高精度三维模型,重建影像分辨率达到2.74cm/pixel,三维模型的精度达到了厘米级。基于无人机摄影测量三维重建的高分辨率地形,应用三维计算流体力学软件对尾矿库进行溃坝模拟,得出了尾矿库溃坝后溃决水流和尾砂的淹没范围及演进规律;通过在下游不同位置布设监测点,得出不同监测点处水流速度、淹没深度及尾砂的淤积厚度随时间的变化规律,预测了溃坝后果及危害程度。