尾矿库渗流溃坝模型试验研究尾矿库渗流溃坝模型试验研究
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尾矿库溃坝应急处理工程措施研究摘要:为了降低尾矿库发生事故对下游人员、财产安全等带来危害,所以采用了计算机模型模拟的方法,对上游地尾矿库的某尾矿库溃坝事件进行了模拟,研究包括了发生事故时的溃口宽度、溃坝历时、溃坝砂流流量、下游群众撤离的安全等重要参数还有地尾矿库上游河水尾矿浆的流量。
在这个基础上,得到下游群众撤离的范围、时间和安全高程,提出有关针对地尾矿库的应急处理工程措施,例如砂流进入水域之前的拦截措施,进入水域后拦截和吸附处理以及截留和单独处理等措施。
关键词:安全工程;尾矿库;应急处理;工程措施前言尾矿库溃坝事故是具有很高势能的人造泥石流,会对下游居民和环境带来极大的危害。
目前,国内有关部门已经对这个事故做了很多研究。
其中有一种方法就是采用事故树分析研究发现方法来对汛期尾矿库事故控制的途径做了分析,结果表示,采取有效可行的排洪措施才是一切的重点。
综上所述,为了广大人民群众的安全和财产的保护,最大限度地降低溃坝所带来的危害,针对一切可能发生的尾矿库溃坝事件,提出相应的应急处理工作及工程措施是很重要的。
其次尾矿库是矿山企业最大的环境保护工程,我国现有上万座尾矿库,尾矿库事故也是时有发生,严重给工农生产以及下游人民的生命财产造成巨大的灾害和损失。
因此,为了更好的保护人民的生命及财产安全,降低溃坝事故所带来的经济、生产损失,在尾矿库溃坝事故发生之前,制定一套系统、高效的应急工程措施是必不可少的。
本文以湖南某尾矿库溃坝事故为例,在对尾矿库溃坝事故的溃坝形式分析的前提下,对尾矿库溃坝事故的应急工程措施进行相应的研究。
一、尾矿库溃坝形式分析关于尾矿库溃坝形式的类型,根据尾矿库溃坝规模的大小,可分为局部溃坝和全面溃坝;根据尾矿库溃坝过程的时间长短,可分为逐渐溃坝和瞬时溃坝。
因此本文将尾矿库的溃坝形式分为三类。
(一)瞬间全面溃坝瞬时全面溃坝指:在极短时间内,整个大坝都溃崩到坝基的情况。
它具有瞬时性和全面性的特点,瞬时释放的高势能人造泥石流将所到之处的人、物洗劫一空,造成不可估量的损失和危害。
理正尾矿库渗流稳定分析的步骤及关键参数尾矿库是矿山开采中产生的废矿渣储存设施,其渗流稳定性是保障矿山环境安全的重要因素之一。
在进行尾矿库渗流稳定分析时,需要遵循一系列步骤,并确定关键参数。
本文将介绍理正尾矿库渗流稳定分析的步骤及关键参数,以帮助读者深入了解尾矿库的渗流稳定性分析。
步骤一:收集基础数据首先,进行尾矿库渗流稳定分析前,需要收集相关的基础数据。
这些基础数据包括尾矿库的几何结构、土质材料参数、附近地质情况以及气候条件等。
通过收集这些数据,可以为后续的渗流稳定性分析提供有力的依据。
步骤二:构建工程模型第二步是构建尾矿库的工程模型。
模型的建立通常借助于专业软件或者其他工程建模方法。
在构建模型时,需要设定合适的边界条件,包括地下水位、边坡参数等。
通过工程模型的建立,可以模拟尾矿库的渗流场,进而评估其渗流稳定性。
步骤三:选择适当的渗流模型在进行渗流稳定性分析时,需要选择适当的渗流模型。
常用的渗流模型有Darcy定律模型、渗透-压缩模型等。
根据实际情况,选择合适的渗流模型可以更好地模拟尾矿库的渗流行为,并准确预测其稳定性。
步骤四:确定关键参数确定关键参数是尾矿库渗流稳定分析的关键步骤之一。
关键参数包括土质材料的渗透系数、孔隙度、渗透压等。
这些参数的准确性直接影响到渗流稳定性分析的结果。
通常可以通过室内实验或现场取样等手段来确定这些参数值。
步骤五:对渗流稳定性进行数值模拟在确定了关键参数后,可以使用数值模拟方法对尾矿库的渗流稳定性进行评估。
数值模拟可以预测尾矿库的渗流场及稳定性状况,并进行相应的分析和优化设计。
在数值模拟过程中,需要将步骤二中的工程模型纳入模拟计算。
步骤六:评估渗流稳定性数值模拟完成后,需要对尾矿库的渗流稳定性进行评估。
评估过程中,可以考虑安全系数、渗流轴线位置移动等指标。
通过评估渗流稳定性,可以判断尾矿库的水密性和稳定性,为进一步的施工和管理提供科学依据。
关键参数一:土质材料的渗透系数土质材料的渗透系数是尾矿库渗流稳定性分析中的重要参数之一。
尾矿库渗流稳定分析步骤中的数值模拟与分析结果验证尾矿库渗流稳定分析是指对于尾矿库内部或周边的渗流现象进行分析和判断,以评估尾矿库的渗流稳定性,并制定相应的措施来防止渗流对环境造成污染和尾矿库安全性的影响。
数值模拟与分析结果验证是尾矿库渗流稳定分析过程中必不可少的步骤,通过数值模拟来模拟尾矿库渗流和水位变化的情况,得到相应的数值结果,并与实际监测数据进行对比,验证模拟结果的准确性和可靠性。
一、数值模拟步骤1. 收集数据:首先,需要收集尾矿库的基本信息,包括尾矿库的几何形状、物理参数(如土壤、岩石和水的渗透性等)、水文数据(如降雨量、渗透层的含水量等)以及边界条件等数据。
2. 建立数值模型:根据收集到的数据,利用专业的渗流模拟软件(如SEEP/W、FLAC、MODFLOW等)建立尾矿库渗流的数值模型。
模型的建立应该准确地反映尾矿库的实际情况,并考虑到各种可能的影响因素。
3. 设定边界条件:确定数值模型的边界条件,包括上下边界、侧边界和入流口等。
边界条件的设定应该根据实际情况进行合理的假设,并尽量准确地反映尾矿库的实际运行情况。
4. 进行数值模拟:利用建立好的数值模型和设定好的边界条件,运行渗流模拟软件进行数值模拟。
根据数值模拟的算法和计算方法,模拟尾矿库中的渗流现象,并得到相应的数值结果。
5. 分析结果:对数值模拟得到的结果进行分析、评估和解读。
根据分析结果,判断尾矿库的渗流稳定性、分析渗流量、浸润率和危险水位等参数。
二、分析结果验证步骤1. 数据采集:在对尾矿库进行数值模拟的同时,应进行实际监测数据的采集。
监测数据可以包括尾矿库的水位、渗流量以及周边环境的水位和水质等。
2. 数据分析:将数值模拟得到的结果与实际监测数据进行对比和分析。
通过对比分析,可以评估模拟结果的准确性和可靠性,发现模型的不足之处,并提出改进方案。
3. 结果验证:根据实际监测数据和数值模拟结果的对比,进行结果验证。
如果数值模拟结果与实际监测数据相符合,则说明模拟结果是准确可靠的,可以用于尾矿库的渗流稳定性评估和决策制定;如果存在差距,则需要对数值模型进行修改和调整,以提高模型的准确性和可靠性。
尾矿库渗流稳定分析方法综述尾矿库是矿山开采的重要环节之一,其稳定性和环境影响一直备受关注。
尾矿库渗流稳定性分析是评估尾矿库安全性和防范洪水灾害的重要手段。
本文将对尾矿库渗流稳定分析方法进行综述,以帮助研究者和工程师更好地理解和应用这些方法。
1. 尾矿库渗流稳定性分析的背景和重要性尾矿库的渗流稳定性是指尾矿库的堤坝、边坡等关键部位在不同渗流条件下是否稳定。
渗流稳定性分析对尾矿库的设计、运营和管理具有重要意义。
首先,尾矿库的渗流稳定性是保证尾矿库安全运行的基础,对于防止尾矿浸出物泄漏、污染环境具有重要意义。
其次,了解尾矿库渗流稳定性可以帮助工程师更好地设计排水系统,以确保尾矿库能够承受降雨等外部环境因素的影响。
2. 尾矿库渗流稳定性分析方法的分类尾矿库渗流稳定性分析方法可以分为经验法、解析法和数值模拟法三类。
2.1 经验法经验法是根据实际的尾矿库工程经验和历史数据总结而来的一种快速评估方法。
这些方法通常是基于统计分析和类比,总结了尾矿库渗流稳定与具体工程参数之间的关系。
经验法的优点是简单快速,但其适用性和可靠性有一定局限性,不适用于复杂的工程情况。
2.2 解析法解析法是通过建立尾矿库渗流稳定的解析解来进行分析的方法。
常见的解析方法包括理论力学方法、渗流理论等。
这些方法基于一系列假设和方程,通过数学推导得到尾矿库渗流稳定的解析解。
解析法的优点是可以提供精确的结果,但其适用范围受到模型假设的限制。
2.3 数值模拟法数值模拟法是目前最常用的尾矿库渗流稳定性分析方法。
这些方法利用计算机建立尾矿库渗流稳定的数值模型,通过有限元法、有限差分法等数值计算方法求解模型得到相应结果。
数值模拟法可以考虑较为复杂的边界条件和工程场景,并能够模拟尾矿库内外的渗流场分布。
然而,数值模拟法需要大量的计算资源和时间,并且模型的准确性受到参数及边界条件的影响。
3. 尾矿库渗流稳定性分析方法的应用案例尾矿库渗流稳定分析方法在实际工程中得到了广泛的应用。
尾矿库渗流稳定性分析方法论概述尾矿库是矿山开采和选矿过程中产生的废物堆积的地方,其渗流稳定性分析是确保尾矿库安全运营和环境保护的重要环节。
本文将概述尾矿库渗流稳定性分析的方法论,包括渗流特性、渗流路径、稳定性评估和风险控制等方面。
首先,了解尾矿库渗流的特性是进行稳定性分析的基础。
尾矿库渗流的特性包括渗透系数、渗透力和渗漏量等参数。
通过对这些参数的测试和测量,我们可以获得尾矿库渗流的基本性质,为后续的分析提供依据。
其次,确定渗流路径是分析尾矿库渗流稳定性的关键步骤。
渗流路径可以通过地质勘探和水文地质调查等手段确定。
例如,通过地质剖面和水位测量等方法,可以确定地下水位和渗流方向,从而揭示尾矿库内部渗流路径的分布特点。
然后,进行尾矿库渗流稳定性评估是保障尾矿库安全运营的重要环节。
稳定性评估可以基于数值模拟和实地监测等手段进行。
数值模拟可以通过建立尾矿库渗流模型,然后利用计算机程序模拟尾矿库内部的渗流过程,进而评估渗流稳定性。
实地监测则可以通过设置水位监测站和渗流监测井等设施进行,通过实时监测尾矿库内部的水位和渗流情况,评估渗流稳定性。
最后,采取风险控制措施是确保尾矿库渗流稳定性的关键步骤。
风险控制措施包括加强尾矿库的监测和管理、采取防渗措施以及制定应急应对方案等。
通过科学有效地管理和监控尾矿库,定期进行巡视和检查,及时采取措施修复和加固尾矿库,可以降低渗流稳定性风险。
综上所述,尾矿库渗流稳定性分析方法论涉及尾矿库渗流特性、渗流路径、稳定性评估和风险控制等方面。
通过研究尾矿库渗流的基本特性,确定渗流路径,进行渗流稳定性评估并采取相应的风险控制措施,可以确保尾矿库的安全运营和环境保护。
以上是对尾矿库渗流稳定性分析方法论的概述,希望能对您的工作有所帮助。
尾矿库渗流稳定分析的前期调查与数据采集随着矿业的发展,尾矿库的存在变得越来越重要。
尾矿库是储存矿山提炼废弃物的地方,如果不进行有效的渗流稳定分析,可能会对周围环境和生态系统造成严重的影响。
因此,在进行尾矿库渗流稳定分析之前,需要进行一系列的前期调查和数据采集工作,以确保分析结果的准确性和可靠性。
一、前期调查1. 前期文献调研: 我们首先要对已有的相关文献进行调研,了解和掌握尾矿库渗流稳定分析的研究现状、研究方法和相关领域的发展方向,并归纳总结已有的经验和教训。
2. 地质调查: 我们需要进行对尾矿库所在区域的地质调查,以了解地质构造、岩性、地下水流动等相关信息。
这些信息对于分析尾矿库渗流稳定性具有重要的影响,它们将为后续的模型建立和数据采集提供基础。
3. 水文调查: 在进行渗流稳定性分析之前,我们需要对尾矿库周围的地下水文情况进行详细的调查。
这包括水文观测井的布设、水位监测、水质监测等。
通过这些调查,我们能够了解尾矿库周围地下水的流向、水位变化等情况,并得出尾矿库受地下水影响的具体情况。
4. 工程调研: 我们还需要对尾矿库和周边地区的工程设施进行调研。
这包括尾矿库的排水系统、防渗系统、环境监测设备等。
通过调研,我们能够了解尾矿库的运行模式、工程设施的状况,并识别出可能存在的问题或隐患。
二、数据采集1. 水位监测数据采集: 我们需要在尾矿库周围布设水位监测点,并定期采集水位数据。
通过这些数据,我们可以了解尾矿库水位的变化规律,进而判断尾矿库的渗流稳定性。
2. 地下水质监测数据采集: 我们需要在尾矿库附近布设地下水质监测点,并定期采集水质数据。
这些数据对于了解尾矿库周围地下水的水质状况和水化学性质至关重要,也是判断尾矿库渗流稳定性的重要依据。
3. 土壤采样及理化分析: 我们需要采集尾矿库周围土壤样品,并进行理化分析。
通过对土壤样品的分析,我们可以获得土壤的物理性质、水分含量等参数,从而判断尾矿库周围地下水的渗透性以及土壤的稳定性。
尾矿库溃坝溃口发展状态模拟试验
秦柯;孟宪磊
【期刊名称】《现代矿业》
【年(卷),期】2016(000)011
【摘要】我国尾矿库数量众多,早期建设的尾矿库标准偏低,存在较大的安全隐患.尾矿库一旦发生溃坝,将对其下游居民的生命财产安全造成巨大损失,并导致严重的环境污染.为此,需进行尾矿坝溃坝试验研究.在尾矿库溃坝试验中,由于每座尾矿库的具体情况不同,很难按照严格比例进行物理模拟,因此试验中主要采用概化模型,通过试验设计,对影响尾矿库溃坝的部分比变量进行研究,找出一般规律,为尾矿库溃坝治理提供参考.
【总页数】3页(P183-184,195)
【作者】秦柯;孟宪磊
【作者单位】中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司;金属矿山安全与健康国家重点实验室;华唯金属矿产资源高效循环利用国家研究中心有限公司;甘肃工程地质研究院
【正文语种】中文
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1.溃坝模拟试验在尾矿库环境风险评价中的应用 [J], 邵军;甘莎莎;何新春
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尾矿库溃坝影响分析王秀龙(辽宁智诚中安安全技术服务有限公司,辽宁 沈阳 110000)摘 要:本文以磁选铁矿尾砂为研究对象,通过分析水利行业关于各类泥石流的研究成果,结合尾砂粒径和尾砂堆放特点,提出一个专适用于矿山尾矿库的溃坝影响分析方法,可对尾矿库溃坝影响进行定量分析,并计算泄砂总量、溃口宽度、坝址处最大流量、洪水传播时间、流速、淤积厚度、冲击力等重要参数,为矿库溃坝影响分析及防治工作提供依据。
结果表明提出的矿山尾矿库溃坝影响分析方法可以对尾矿库溃坝造成的泥石流影响进行评估,从而确定其影响范围,影响程度,预先做好防灾措施,并在工程中得到了有效应用。
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尾矿坝溃决泥浆运动机制及其预测模型研究郑欣;许开立;徐晓虎【摘要】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。
%Focused on the study of the dynamics process of tailings flow in the down - stream ,a mathematical model de-scribing the tailings dam break flow movement is systematically established from hydrology ,water dynamics and motion theo-ry ,and then the tailings flow movement process is simulated by using VOF model .Taking one broken tailings dam as an ex-ample ,the tailings dam -break flow’s evolution process is simulated .The simulation result basically agrees well with the measured value from ultimate impact range and depth of the tailings dam mud ,which proves the simulation to be valid and correct .【期刊名称】《工业安全与环保》【年(卷),期】2016(042)009【总页数】4页(P48-50,33)【关键词】尾矿坝;溃坝;运动机制;影响区域;预测【作者】郑欣;许开立;徐晓虎【作者单位】东北大学资源与土木工程学院沈阳110819;东北大学资源与土木工程学院沈阳110819;东北大学资源与土木工程学院沈阳110819【正文语种】中文尾矿库是维持矿山生产的重要设施,是金属与非金属矿山的重大危险源之一。
尾矿库渗流稳定分析步骤及应用案例分析尾矿库是矿山开采过程中产生的高含固体物质浆体废料的贮存设施。
渗流稳定分析是评估尾矿库渗流状况的一种重要方法,能够帮助工程师确定尾矿库的稳定性、水文地质特征,以及对环境和周边地区的潜在影响。
本文将介绍尾矿库渗流稳定分析的步骤,并以一实际案例进行分析。
1. 数据收集与整理在进行渗流稳定分析时,需要收集和整理的数据包括尾矿库的地质、水文地质、基本工程参数等相关信息。
例如,需要了解尾矿库的底部和周边地质构造、土壤类型、地下水位、水文特征等。
同时,还需要收集周边地区的地质地貌特征和水系分布情况等。
2. 渗流参数测定渗流参数是指描述尾矿库渗流特性的参数,包括渗透系数、入渗特性以及尾矿浆体的扩散系数等。
为了确定这些参数的取值,需要进行一系列的实验室试验和现场监测。
例如,可以通过孔隙水压力试验、渗透试验等方式测定尾矿库内部土壤和尾矿浆体的渗透性。
3. 建立渗流模型基于收集和整理的数据,可以使用数值模拟软件建立尾矿库的渗流模型。
常用的数值模拟软件有SEEP/W、FLAC等。
模型可以包括尾矿库的地质构造、土壤材料特性、边界条件等。
通过模拟渗流过程,可以预测尾矿库中的渗流路径、渗流量等信息。
4. 分析渗流稳定性基于建立的渗流模型,可以进行渗流稳定性分析。
分析过程可以通过评估渗流速度、压力分布、渗流路径等参数,并与尾矿库的设计要求进行对比。
通过对渗流稳定性进行分析,可以识别潜在的渗漏路径或渗流问题,并采取相应的措施进行处理和修复。
5. 应用案例分析为了更好地理解尾矿库渗流稳定分析的应用,我们以某尾矿库的实际案例进行分析。
该尾矿库位于一个矿山区域,周围有一些村庄和农田。
收集的数据显示,该尾矿库的地质构造较复杂,包括多种岩性和节理。
水文地质调查发现,该尾矿库周边地区地下水位较高,且存在一些含水层。
通过渗流参数测定,我们测定了尾矿库内部土壤和尾矿浆体的渗透性。
然后,使用FLAC软件建立了尾矿库的渗流模型。
理正尾矿库渗流稳定分析步骤中的数值模拟与结果评估尾矿库渗流稳定分析是针对尾矿库渗流问题的研究,通过数值模拟与结果评估来判断尾矿库渗流是否稳定。
下面将介绍理正尾矿库渗流稳定分析步骤中的数值模拟与结果评估的内容,并进行详细解析。
1. 数值模拟步骤(1)建立数值模型:首先,需要根据实际情况,建立尾矿库的数值模型。
模型建立过程中,考虑尾矿库的几何形状、材料特性、边界条件和挡水措施等因素,确保模型的准确性和可靠性。
(2)确定边界条件:在建立数值模型后,需要确定模型的边界条件。
这包括尾矿库的水位变化、周围地下水位、土壤渗透性等因素,通过确定这些边界条件,可以保证模型的真实性和可行性。
(3)选择数值方法:在数值模拟中,需要选择合适的数值方法来求解尾矿库渗流问题。
常用的数值方法包括有限差分法、有限元法和边界元法等。
选择适当的数值方法,可以提高数值模拟的准确性和精度。
(4)参数设定与计算:在进行数值模拟时,需要设定一些参数并进行计算。
例如,需要设定渗透系数、初始条件和边界条件等参数。
通过计算,可以得到尾矿库渗流的解析结果。
2. 结果评估步骤(1)渗流场分析:根据数值模拟的结果,进行渗流场分析。
通过分析渗流场的变化趋势和分布特点,可以了解尾矿库的渗流情况,并判断尾矿库的渗流稳定性。
(2)渗流稳定评估:根据渗流场分析结果,进行渗流稳定评估。
判断尾矿库的渗流稳定与否,需要考虑渗流速度、渗流压力、渗流路径等方面的因素。
通过评估渗流稳定性,可以确定尾矿库的渗流是否达到可接受的范围。
(3)结果解读与建议:根据渗流稳定评估的结果,进行结果的解读与建议。
如果尾矿库的渗流稳定性较好,可以给出相应的建议,如继续保持现有措施。
如果尾矿库的渗流稳定性不理想,需要提出相应的建议,如加强挡水措施或改善渗透性等。
总结:理正尾矿库渗流稳定分析步骤中的数值模拟与结果评估是通过建立数值模型,确定边界条件,选择数值方法,设定参数并进行计算来进行数值模拟;通过渗流场分析、渗流稳定评估,给出结果解读与建议来评估尾矿库的渗流稳定性。
尾矿库渗流稳定分析的数值计算方法与结果解释尾矿库是矿山开采过程中产生的尾矿的存储和处理设施。
尾矿库的渗流稳定性分析对于保障尾矿库的安全运行至关重要。
本文将介绍尾矿库渗流稳定分析的数值计算方法与结果解释。
一、数值计算方法1.模拟尾矿库渗流的数学模型:尾矿库渗流的数学模型主要包括连续介质流体力学方程、渗流方程、边界条件和初始条件。
其中,连续介质流体力学方程包括质量守恒方程和动量守恒方程,渗流方程采用达西-贝奇定律进行描述。
2.数值计算方法选择:在尾矿库的渗流稳定性分析中,常用的数值计算方法包括有限差分法、有限元法和边界元法等。
根据尾矿库的实际情况和计算需求,选择适合的数值计算方法。
3.建立尾矿库渗流模型:根据尾矿库的实际情况,确定尾矿库的几何形状、材料特性和边界条件,并在计算领域中离散化建立数值模型。
4.离散化方法选择:离散化方法的选择根据计算模型和目标进行,一般可采用有限差分法或有限元法进行离散化处理。
5.数值解法选择:根据离散化后的数值模型,选择合适的数值解法求解连续介质流体力学方程和渗流方程,例如迭代法、求解稀疏矩阵方程等。
二、结果解释1.渗流场分析:通过数值计算方法,得到尾矿库内部的渗流场分布情况。
可以分析渗流速度、压力分布等参数,判断渗流情况是否稳定。
2.渗流通量计算:根据数值模型计算出的渗流场分布,可以计算尾矿库的渗流通量。
渗流通量的大小反映了尾矿库的稳定性,可以进一步评估尾矿库的安全性能。
3.渗流路径分析:通过数值计算方法,可以分析尾矿库内部的渗流路径。
根据渗流路径的分析结果,可以判断渗流路径是否稳定,以及是否存在渗漏的情况。
4.渗流位移分析:渗流位移是指尾矿库内部颗粒或溶质由于渗流作用引起的位移变化。
通过数值计算方法,可以分析尾矿库内部颗粒或溶质的渗流位移情况,判断尾矿库的渗流稳定性。
5.灾害风险评估:基于数值计算结果,可以进行尾矿库的灾害风险评估。
通过分析渗流场、渗流通量等参数,评估尾矿库的稳定性,为尾矿库的安全运营提供科学依据。
矿 冶MINING &
METALLURGY
第28卷第5期2019年10月Vol. 28, No. 5October 2019
doi: 10.
3969/j. issn. 1005-7854.
2019. 05. 003
尾矿库渗流溃坝模型试验研究
杨玉婷王光进艾敏赵怀刚 许志发 杨安银
(昆明理工大学国土资源工程学院,昆明
650093)
摘 要: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。
关键词:尾矿库;渗流破坏;溃坝过程;溃口发展;尾砂沉积
中图分类号:TD926. 4
文献标志码:A 文章编号:1005-7854 (2019) 05-0015-06
Experimental study on dam break model of seepage in tailings reservoir
YANG Yu-ting WANG Guang-jin Al Min ZHAO Huai-gang XU Zhi-fa YANG An-yin (Faculty of Land Resources Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093, China)
Abstract: Based on the engineering background of a tailings reservoir in Yunnan, a self-made tailing reservoir dam-breaking
experimental device
was
used
to
carry
out
dam-breaking
model test and analyze the
dam-breaking process9 the development of the dam burst, and the law of sediment deposition under the
seepage failure. The results show that the movable particles in the voids are taken away by the permeated water flow? causing the initial percolation channels to build up and expand, forming a concentrated flow
channel, and the overflow and swamping occurred at the dam overflow point. With the expansion of
the
concentrated seepage passage of the dam body, the saturated dam
at the upper part of the outfall point
will
settle and collapse under the action of its own weight, and the upstream dam body will develop into
a
traction type, and then the water flow in the reservoir will reach the lowest point of the collapsed part of
the dam roof, and lead to the formation of a breach, the dam failure mode of dam collapse from reverse traction damage to overflow erosion damage. The development of the breach is different at different times of the dam-break. On the early and middle stages9 the development of the breach is mainly below the cut,
and the later
it is the horizontal broadening. Due to the sorting effect of water flow? the deposition of silt
in the lower reaches of the dam body increases with the evolution distance, showing a
coarse-to-fine
sedimentary rule, and a
grading phenomenon
of particle size
appears
at cHfferent positions. The above
research results can provide a theoretical basis for mine disaster prevention and
mitigation.
Key words: tailings reservoir; seepage failure; dam-break process; dam burst development; tail
sand
deposition
收稿日期:2018-10-18
基金项目:“十三五”
国家重点研发计划项
目
(2017YFC0804600);
国家自然科学基金青年项目
(41602307);国家自然科学基金联合基金项目
(U1802243);中国博士后科学基金
(2017M613006);国家安全监督管理总局重点项目
(Yunnan-001-2016AQ);昆明理工大学实验室建设
与管理研究项目(syyj23)。
第一作者:杨玉婷,硕士研究生,安全技术及工程专业,主要从
事矿山岩土灾害防治与治理。
通信作者:王光进,博士后,教授,
博士生导师,主要从事矿山岩
土边坡及其灾害防控方面的教学与研究工作。E- mail. Wangguangjin2005@163. com
随着经济社会的发展,
我国已经成为一个
矿业大国,12种大宗矿产每年尾矿排放量约为
3
亿t,除了很小一部分用于矿山充填或者其他综合
利用外,其余全都采用构筑尾矿库的方式进行堆
存,这也使得尾矿库成为金属非金属矿山重大的危
险源⑴。尾矿库土体大多处于疏松状态,降雨、库
水位变动、渗流等均易诱发尾矿库溃坝事故
,并造
成严重的后果。目前,国内外学者对影响尾矿库溃坝的因素、 溃坝机理、溃坝过程及下游泥砂运行演进规律都进 • 16 •冶行了探索并取得了一定的成果炉],并从溃坝机理、
溃坝过程、数值模拟
、坝体边坡失稳模式等方面建
立了尾矿库溃坝的预测模型。女口:
Hassan等⑸研
究了坝体材料、库容及库水位等对溃坝过程的影 响;张兴凯等⑹基于非恒定水流泥砂非平衡非饱和 冲刷机理,根据相似理论和溃决侵蚀模型原理,模
拟尾矿库洪水漫顶溃坝;Gens、Maria等於]研究 了不同降雨条件下尾矿库边坡稳定性随时间变化的 规律,
并提出了一种尾矿坝的渐进破坏模式
;刘磊
等⑼用尾矿库模型设计方法建立了尾矿库物理模 型,对尾矿坝溃口及坝体崩塌变化过程、
下泄洪水
演化过程等进行研究;赵天龙等[
诃对比分析了土
石坝和尾矿坝在溃决机理与溃坝致灾过程方面的区 别和联系,总结了尾矿坝在坝体形式、填筑方式、
坝料组成和溃决机制等方面的特点。
然而,
渗流破
坏作为尾矿库溃坝的重要诱导因素,
对于渗流破坏
对尾矿库影响的研究仅仅还存在于尾矿库管涌发展 机理方面。女口:魏勇3以沈阳浑南矿业公司的尾
矿砂作为物料,针对尾矿坝堤基进行了管涌机理的 砂槽模型试验研究,观察并分析了管涌发生、发展
并导致溃堤的机理和过程;倪旭[
闵根据细粒尾矿
现行的分类方法及标准,
选取细粒尾矿堆积坝为
例,分析了堆积坝与非黏性土之间的相互关系,并
采用非黏性土的管涌渗流破坏判别方法对某尾 矿堆积坝发生渗流后是形成还是流土进行了判定;
郑欣等[⑶开展了尾矿坝渗流破坏溃坝模型试验,
得出浸润线位置过高,会使坝面或下游发生沼泽
化,导致坝体
、坝肩和不同材料结合部位有渗流水
流出,引起管涌,最终导致溃坝的结论;敬小 非[⑷基于某尾矿库工程设计资料,进行尾矿库室
内模型试验,分析了洪水条件下渗流破坏的坝体垮
塌机制。综上所述,国内外学者们已经开展了大量的室 内模型实验、现场实测及数值模拟,
并建立了尾矿
库漫顶溃坝的预测模型。
然而,
针对尾矿库在渗流
破坏条件下发生溃坝的物理模型实验研究还有待深 入。因此,
本文基于该点
,以云南某尾矿库为工程
背景,通过建立尾矿库室内堆(溃)坝模型,演绎
尾矿库在渗流破坏条件下的溃坝过程、
溃口变化
、
下泄泥砂沉积规律,为尾矿库渗流破坏致灾预测模 型的建立及矿山的安全防治提供理论基础和技术 依据。
1尾矿库室内堆(溃)坝物理模
型试验
1.1堆(溃
)
坝模型的确定
本次试验在满足主要几何条件相似下按照 1 : 100
的比例进行缩放,
开展尾矿库在渗流破坏情
况下的溃坝试验。在整个试验过程中,
具体研究内
容有:1)探索尾矿库溃坝过程;2)分析溃口变化
规律;
3)分析泥砂沉积特性规律
。
尾矿库溃坝过程涉及水力学、泥砂动力学、土
力学等多个方面,对于尾矿库物理模型的构建
,既
要对原型进行合理的概化,也要保持模型之间主要
物理量的相似性"词,因此本试验以云南某尾矿库
为工程背景,将相似准则适当放宽,着重其集聚效 果,
进行物理模型的构建
。
室内堆坝模型按照
1 : 100的比例尺缩小,
主要物理量渗流系数
、重力
加速度、重度、孔隙度保持不变。初期坝采用土石