尾矿坝溃决泥浆运动机制及其预测模型研究

以尾矿溃坝砂流下游演进动力学过程为研究重点,综合运用水文学及水动力学等运动理论和数值计算方法,建立描述尾矿坝溃决泥浆运动的数学模型,采用VOF模型对溃坝后的砂流运动过程进行数值模拟。以某溃决尾矿坝为例,对溃坝后下泄砂流演进过程进行模拟,模拟得到的最终影响范围及泥深均与该溃决尾矿坝溃后的现场观测结果相吻合,证明了模拟的有效性和正确性。     

尾矿坝渐溃的尾砂泄流理论模型与泄砂量计算

为了建立适用于工程上运用的尾矿坝漫顶逐渐溃坝的尾砂出流计算模型,利用细颗粒泥沙的悬移质运动形式,及含沙浑水的流态变化,建立了理论泄流模型。同时,根据溃坝过程的不同时期,给出了适宜的溃坝水流的流量计算公式、尾砂颗粒的沉速计算方法、挟沙力的计算方法以及浑水容重的计算式。该计算模型有助于渐溃泄沙量的预测,是尾矿坝漫顶逐渐溃坝模型的重要组成部分。     

中线式尾矿库洪水漫顶溃坝演化规律模拟研究

为了解中线式尾矿库洪水漫顶溃坝的过程和机理,并提出可行的工程措施,以某中线式尾矿库及下游周边环境为研究对象,采用物理模型试验和数值模拟法对中线式与上游式尾矿库安全性进行对比研究。研究结果表明:由于中线式尾矿库外坝坡堆积粗尾砂的渗透系数偏大,其较上游式尾矿库溃口发展的速率更快,溃坝过程持续时间约14.5 h,坝顶被泄流冲刷形成的溃口宽约289 m,尾矿库下游沟道研究范围内尾矿淤积约871万m3,大量的尾矿仍滞留在库内;采用数值模拟得出的演化趋势与物理模型试验基本一致,但数值模拟计算的尾砂流动速度较快;在拦砂坝下游修建应急拦砂坝工程,物理模型试验表明拦滞尾矿洪水时间约38 min,数值模拟结果表明拦滞尾矿洪水时间约16 min,因此应急拦砂坝措施可有效延长应急逃生时间,减轻溃坝对下游居民的影响。     

尾矿库溃坝后果数值分析

溃坝灾害是尾矿库各类安全事故中后果最为严重、破坏性最强的一类。在对比分析了尾矿库溃坝砂流、水库溃坝水流和泥石流的基础上,探讨了尾矿库溃坝砂流运动状态的3种方法。并结合某尾矿库的实际情况,从5个关键因素入手,依据现有的水力学公式对该尾矿库的溃坝后果进行了数值分析,预测了尾矿库溃坝后果的影响范围,求得溃坝砂流到达下游各截面的时间、最大流量、泥沙深度等关键参数。为尾矿库的风险管理和制定相应的溃坝后果应急预案提供了重要依据。     

尾矿坝溃决砂流数值模拟研究及应用

为研究尾矿坝溃决砂流流动状况,基于二维溃坝水流数值模型及高含沙水流运动研究成果,建立尾矿坝溃决砂流数值模型。采用有限体积法对平面二维砂流运动方程及高浓度非平衡全沙输移方程进行离散求解,并运用中心迎风格式计算网格界面通量,且通过对界面两侧变量线性重构,使模型具有空间上的二阶精度。为保证模型的稳定性,用中心差分方法和半隐式方法,分别离散求解摩擦阻力项与底床坡度项。应用二维溃坝水流数值模型和尾矿坝溃决砂流数值模型,分别模拟某省尾矿坝溃决洪水、砂流运动状况。分析结果表明,尾矿坝溃决砂流与普通水坝溃决过程显著不同,受含沙量变化以及水流与泥沙相互作用和河床变形的影响,溃决砂流计算所得溃决不同时刻的流速、泥深与溃决洪水计算所得流速和水深有明显区别。     

基于GDEM-PDyna的尾矿库溃坝三维数值模拟分析研究*

为进一步探究尾矿坝溃决后特有泥石流运移规律,掌握坝体破坏前至溃坝结束全流程发展状态,依托广东省某案例尾矿库为研究对象,采用基于有限元与离散元耦合方法的GDEM-PDyna软件构建泥石流类流体下泄演化数值模型,开展尾矿坝溃决演化分析,动态模拟尾矿库溃决过程中泥砂运动规律及淹没范围,并与MIKE 21软件计算结果进行对比。研究结果表明:尾矿坝溃决后,泥石流类流体流速升高、持续时间较短且尾砂流量发展迅速,2种模拟方法对比结果表明溃坝后坝基位置下泄流量变化与下游敏感点溃坝淹没深度变化情况一致。研究结果可为实现尾矿库下游重点区域灾害评估提供量化支撑,可有效提高尾矿坝溃决后灾害影响评估的精准性。     

尾矿坝溃坝后果严重度评价模型研究

尾矿库是一个具有高势能的人造泥石流,一旦溃坝将给当地的工农业生产及尾矿库下游的人民生命财产造成巨大的灾害和损失.分析并提出了影响尾矿坝溃坝后果严重程度的4个主要影响因子(尾矿坝规模、生命损失、经济损失和社会环境影响),依据现行法规,对各影响因子进行了分级,利用综合因子加权法构造了尾矿坝溃坝后果严重度的评价模型,给出了判别严重程度的定量指标.该模型的建立,为尾矿库的风险管理提供了依据.     

尾矿坝的失事

尾矿坝失事不仅使尾矿流失,严重时还会破坏下游地区的生态环境,造成巨大的生命财产损失.首先介绍分析了尾矿坝失事与坝型的关系以及溃坝原因和几率的关系.列举了许多国内外重大的溃坝事故和溃坝所造成的损失,分析了溃坝原因.通过国内外的实例说明,希望引起大家对尾矿坝安全工作的重视.     

尾矿库溃坝灾害因素分析及风险指标体系研究

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、工矿企业或重要城镇等,因此加强尾矿库风险管理,建立尾矿库溃坝风险指标体系和风险评判模型,对于减少和防止尾矿库溃坝事故的发生,确保尾矿库的安全运行,使之更好地为矿山安全生产服务,为国民经济健康持续快速发展服务等方面都具有重要意义.本文在总结国内外尾矿库事故特点的基础上,系统研究了尾矿坝的溃坝模式和溃坝路径,并基于尾矿坝指标的工程性质分析和相关性分析,研究并建立了尾矿库溃坝风险指标体系,该体系的建立为尾矿坝溃坝风险评判模型及评判方法的研究提供前提条件,可为尾矿库运行期的安全监管提供依据.     

考虑变量相关性的尾矿坝坡失稳溃坝概率计算方法

对国内外尾矿坝溃坝事故进行整理分析,得出坝坡失稳是导致溃坝的一个主要原因,利用突变理论对坝坡失稳进行分析,从突变学角度证明内摩擦角和粘聚力是尾矿坝坡失稳溃坝的主要影响因素。摒弃传统的尾矿坝抗滑稳定性安全系数定值计算方法,选取综合考虑诸因素的不确定性的概率方法来计算尾矿坝坡失稳溃坝概率,确定内摩擦角和粘聚力作为随机参数,建立尾矿坝坡失稳破坏的功能函数,确定模拟次数;采用考虑随机变量相关性的蒙特卡罗进行尾矿坝坡失稳溃坝概率计算。该方法成功克服了matlab传统子集模拟方法只能解决随机变量为正态分布且变量之间相互独立的不足,并以某尾矿坝为例对其因坝坡失稳导致的溃坝概率进行了计算。     

基于无人机建模的尾矿库溃坝事故推演*

为诠释尾矿库溃坝后水砂演进过程,提升尾矿库事故灾害应急处置能力,采用无人机倾斜摄影技术获取尾矿库全息影像,建立尾矿库三维数字高程模型,导入三维流体计算软件对尾矿库进行溃坝事故推演。结果表明:尾矿库实景三维模型能高精度还原尾矿库实际情况,尾矿库溃坝将淹没库区临时厂房建筑及下游村落;其中,上游沟谷临时厂房建筑水位高程最大达8 m,尾砂淤积厚度最高达10.5 m,下游沟谷村落水位高程最大达10 m,尾砂淤积厚度最高达2.5 m;通过对库区下游布设监测点,得出各监测点处水位高程和尾砂淤积厚度变化规律,分析溃坝主要影响区域。研究结果可为尾矿库风险防控、应急响应工作提供借鉴。     

尾矿库洪水漫顶溃坝演化规律试验研究

为分析尾矿库洪水漫顶溃坝的演化规律,采用物理模型试验方法建立尾矿库漫顶溃坝演化模型。在自主研制的尾矿库溃坝模拟试验平台上,以国内某尾矿库为研究对象,基于非恒定水流泥沙非平衡非饱和冲刷机理,根据模型相似理论和溃决侵蚀模型原理,模拟尾矿库洪水漫顶溃坝过程,建立尾矿库漫顶溃坝演化模型。试验结果表明,尾矿库洪水漫顶溃坝位移与坝体饱和程度有关,坝体浸润线越高,尾矿库溃坝时滑动位移越大,溃口破坏程度取决于溢流对坝体的冲刷侵蚀作用;在该试验条件下,获得尾矿库洪水漫顶溃坝过程中坝体位移、浸润线高度、溃口最大流速和溃口的演化规律。降低坝体浸润线高度、增大安全干滩长度、铺设坝面引流明渠等措施有助于减少尾矿库洪水漫顶溃坝的灾害破坏。     

国内尾矿库物理模型试验研究现状分析*

为提高尾矿库物理试验的科学性与可靠性，采用文献资料收集与分析方法，对国内尾矿库物理模型试验的研究现状与主要成果进行梳理和归纳；总结试验模型存在的问题与不足。结果表明:溃坝机理试验主要研究了管涌渗透、洪水漫顶、地震作用下的溃坝及其演化过程；下游演进试验主要揭示了溃坝过程中泥深、冲击力、流速、泄砂量、淹没范围等时空分布规律；稳定性评价试验主要利用物理试验得到的浸润线位置、尾砂沉积分布等数据建立数值模型，对尾矿库筑坝过程、不同工程状况下的稳定性进行分析；防护试验主要对坝体加筋及拦挡坝防护效果等进行研究。从溃坝机理与过程、溃坝主要影响因素、溃坝下泄物运移过程、物理模型设计和构建、监测技术和手段等方面提出相应的研究建议，供研究学者参考借鉴。     

尾矿库地震溃坝模糊风险评估方法探讨

在研究尾矿库地震作用机理的基础上,对尾矿坝在地震动力条件下溃坝风险进行研究,并提出地震溃坝风险指标,采用模糊评判方法对尾矿坝溃坝风险进行理论分析计算,并运用于实际尾矿库的评价中。可为尾矿库运行期的安全管理提供依据。     

尾矿库地震液化机理及抗震评估指标体系研究

2008年"5.12"汶川大地震中,四川、陕西和甘肃三省尾矿库均受到不同程度的破坏和影响。本文针对四川汶川地震造成灾区尾矿库排洪系统失效,坝基沉降,坝体滑坡、垮塌、开裂等现状,对尾矿库地震溃坝机理进行了分析,研究了地震作用机理和地震液化的影响因素;在此基础上,建立起用于评估尾矿库抗震能力和地震溃坝可能性的指标体系,指标体系考虑了地震强度、防洪、抗滑、抗渗透和安全管理五个方面,能够较为全面的分析和评估尾矿库在抗震方面的基本特性,并通过研究给出了各个指标的分级方法。该体系的建立为尾矿库抗震能力评估、避免特殊工况下尾矿库溃坝事故的发生具有一定应用价值,可为尾矿库运行期的安全管理提供依据。     

不同下游河道坡降尾矿库溃坝模型试验及下游影响研究

溃坝尾砂流是含有尾砂和土石的暂时性流体，具有演进时间短、破坏性大等特点，对库区下游人民生命财产造成巨大损失。以四川某尾矿库为研究对象，建立室内溃坝模型，研究3种下游河道坡降情况下尾砂流的演进和沉积规律，并引入FLO-2D与室内溃坝模型试验进行参照。研究结果表明:室内模型试验结果与数值模拟结果相似；地势改变对于溃坝尾砂流的演进有着较大影响，沟谷、转弯和地势平缓的区域有利于尾砂的堆积和沉积；尾砂流对下游的冲击力与最大移动速度的平方和流深呈正比例关系，3种工况最大冲击力位置都与最大移动速度或最大流深相邻；根据试验和模拟结果绘制尾砂流致灾影响程度图，可为生产企业新建、扩建尾矿库提供重要的依据，保证下游人员生命、财产安全。     

某铀尾矿库地震和渗流耦合作用下稳定性研究

为了研究某铀尾矿库在不同工况下渗流流态和安全系数,以南方某铀尾矿库为对象,耦合GEO-Studio软件中SLOPE/W和SEEP/W模块,并利用极限平衡理论模拟研究了不同工况下坝体渗流流态和安全系数。结果表明:水流主要通过尾粉土层流过尾矿坝,使水力坡降主要集中在初期坝坡前底部;随着水位上升,坝体中水力等势线越来越稀疏,同时尾矿坝3个渗流截面流速加大; 6~9度地震烈度激励下,尾矿坝安全系数维持在1.23~0.91之间,不能满足规程要求。建议初期坝坡坝底埋设排水管,减小水流对初期坝压力,同时对尾矿坝,特别是尾粉土层进行灌浆加固,提高尾矿坝稳定性。