尾矿坝溃坝数值模拟研究_王孟来
尾矿库溃坝模型探讨
２ 尾 矿 库 溃 坝 的基 本 特 征
２ １ 泥石 流形成 条件 ．
进行估计 ， 以指导其设计 、 日常管理 以及应急管理 ，
但 现在并 没有 一个成 熟可用 的数 学模 型对 尾矿 库溃 坝进 行模 拟分析 ， 大部分 工作 当 中 ， 在 全凭设 计人 员 泥 石 流 的发 育必 须 具备 三 个 基本 条 件 ， 一是 有
１ 前 言
在 新建 尾 矿 库 的设 计 工作 中、 以及尾 矿 库 的 日 常管理 工作 中尤其 是 在 尾 矿库 的应 急 管理 工 作 中 ， 往 往需要 对尾 矿库 溃坝 可能造 成 的危 害及 危害 范 围
规律 可循 ， 造成 了在尾 矿库 设计 、 管理 乃至监 管工作 中的不便 ， 因此有 必要 对尾 矿库 溃坝进 行数 学模拟 ， 以为尾 矿库 管理 工作 提供方 便 。
与管理人员的经验来进行判断 ， 而且在尾矿库下游
尾 矿 库 溃 坝 模 型 探 讨
郭朝 阳， 治亚 唐
尾矿库溃坝研究综述
尾矿库溃坝研究综述目前，我国矿产资源丰富，各类矿产资源是国家与社会发展和进步的重要保障力量。
从目前的情况来看，有关学者和工作人员对尾矿溃坝的情况有了高度的重视，并且从尾矿坝坝体失稳以及泥石流两个角度进行深入探究。
本文对尾矿库坝体失稳的原因和机理进行了分析和探究，并计算出相应的模型。
当前，尾矿坝失稳的计算模型通常集中在尾矿坝静力抗滑稳定以及在发生地震之时尾矿砂发生的液化。
另外，本文对尾矿坝失稳之后产生泥石流的流变模型和物理性质进行了计算。
标签：尾矿；溃坝；泥石流；坝体失稳我国国土辽阔，矿产资源丰富，各类尾矿的年排放总量超过三亿，除了极小的一部分被用作矿山的填充和综合利用之外，很大一部分的尾矿通过筑库坝的形式来进行储存，所以尾矿是矿山整体当中极为重要的组成部分之一。
经过调查研究发现，世界上不同种类的尾矿已经超过2万座，我国占半数以上，超过1.2万座，在这其中有很大一部分是病库和危库，很容易发生重大安全事故。
近年来，相关管理单位对矿山尾矿坝体的管理工作有了高度的重视，本文对尾矿库溃坝的原因进行综合的分析和描述，并有针对性的提出相应的改进和控制措施。
1、尾矿坝坝体失稳分析1.1渗流场直接诱发尾矿坝失稳渗流场主要存在于透水性坝体，会对坝体造成极大的破坏，所以很容易出现坝体失稳的情况，通常情况下，渗流场的浸润线直接关系到尾矿库的坚实程度。
确定渗流场是对尾矿库坝进行深入研究的必要前提。
通常情况下，尾矿库所在地的地形比较复杂，很难对其边界条件进行准确的说明，进而难以精确的确定渗流场的位置。
一般情况下，确定渗流场都是通过模型试验的方式来完成。
如果尾矿库浸润线埋深不够，会导致渗透水溢出，从而对尾矿坝的稳定性造成影响。
尾矿坝长期处在渗透水的作用下，坝体结构当中的空隙逐渐增大，使坝体整体结构的强度降低，从而发生液化最终造成溃坝。
1.2.尾矿坝坝基失稳造成溃坝坝体失稳也是导致尾矿坝出现溃坝的重要因素之一。
可以通过强度折减法以及极限平衡法来对尾矿库破坏的机理进行解释。
尾矿坝溃坝相似模拟试验研究
第29卷增2岩石力学与工程学报V ol.29 Supp.2 2010年9月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Sept.，2010 尾矿坝溃坝相似模拟试验研究尹光志1，2，敬小非1，魏作安1，2，李小双1，蒋长宝1(1. 重庆大学西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室，重庆 400030；2. 重庆大学资源及环境科学学院，重庆 400030)摘要：采用自行研制开发的尾矿坝溃决破坏模拟试验装置，以云南玉溪矿业有限公司所属的一尾矿库设计资料为依据，对不同高度尾矿坝瞬间全溃后泥浆流态演进规律及动力特性进行模拟试验研究，探讨泥浆在下游区域流动过程中的冲击力强度、淹没范围以及演进规律。
试验结果表明：(1) 尾矿坝溃坝特性同普通水坝溃坝及典型泥石流运动特性有着本质性区别。
(2) 溃坝高度对下游泥浆淹没高程有明显影响。
泥浆在下游的最大淹没高程总体上随着冲击距离的增大呈递减趋势。
(3) 泥浆在运动过程中遇到弯形沟道时，因离心力的作用在凹岸出现侧向爬高现象。
(4) 在泥浆流动过程中，各过流断面处冲击力过程曲线前端较陡直，后端较平滑，最大值出现在泥深峰值到来之前。
(5) 随着尾矿坝高度的增加，溃决泥浆在下游的最大淹没高程和冲击力强度都呈递增趋势，泥浆到达同一建筑物处的时间缩短，从而加重了溃坝对下游的灾情。
研究成果为尾矿坝溃坝泥浆演进规律及动力作用的深入认识以及溃坝灾害的预防和控制提供了参考。
关键词：边坡工程；尾矿坝；溃坝；相似模拟试验；冲击力；流态中图分类号：P 642.22 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2010)增2–3830–09EXPERIMENTAL STUDY OF SIMILAR SIMULATION OF TAILINGSDAM-BREAKYIN Guangzhi1，2，JING Xiaofei1，WEI Zuoan1，2，LI Xiaoshuang1，JIANG Changbao1(1. Key Laboratory of Ministry of Education for the Exploitation of Southwest Resources and the Environmental Disaster Control Engineering，Chongqing University，Chongqing400030，China；2. College of Resource and Environmental Sciences，ChongqingUniversity，Chongqing400030，China)Abstract：Based on self-developed large-scale simulation test system of tailings dam-break and the design data of tailings pond belonging to Yuxi Mining Co.，Ltd. in Yunnan Province，the hydraulic characteristic and dynamical effect of slurry after tailings dam-break are simulated by simulation test. The results show as follows：(1) There are some essential distinctions of movement characteristic between tailings dam-break and normal reservoir failure or typical debris flow；(2) The height of tailings dams has a significant effect on inundated height of slurry in downstream，and the peak of submerged height of slurry after tailings dam-break decreases with the increasing impact distance of slurry；(3) When the slurry barges up against bend groove，there is a climbing phenomenon at the concave bank by centrifugal force；(4) In the process of the slurry flowing，the characteristics of slurry impact force curves in each cross section of downstream presents the front-end steeper and the back-end relative smoother，and the peak value has arrived before peak of slurry height；(5) As the tailings dam height increases，the peak submerged height and the impact force strength show increasing trends，and the time of slurry arriving at the same section in downstream is contraction. So the disaster of downstream is more seriously. The results can provide some references to study the characteristics of slurry evolution and impact force strength deeply，and also can guide the mining enterprises to prevent and control the disaster of tailings dam-break.Key words：slope engineering；tailings dam；dam-break；similar simulation test；impact force；slurry evolution收稿日期：2010–02–04；修回日期：2010–04–07基金项目：国家自然科学基金资助项目(51074199)；重庆大学研究生科技创新基金项目(CDJXS10 24 00 02)作者简介：尹光志(1962–)，男，博士，1982年毕业于重庆大学采矿工程系，现任教授、博士生导师、西南资源开发及环境控制工程教育部重点实验室主任，主要从事矿业工程、安全工程和岩石力学方面的教学与研究工作。
尾矿坝溃坝数值模拟研究
和财力的投人。 为了得到更多的数据 ， 更好地研究 分 析尾 矿 坝溃 坝相 关机 理 ， 不得 不另 辟 蹊径 。 经 过
大 量 的研 究 与尝 试 后 ，认 为使 用 Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ 。 软 件 来
模 拟泥 砂 流 的流动 过程 有一 定 的可行 性 ，它能 为
按照试 验 规范 要求 ， 取 了 ３组尾 矿样 ， 分 别对 它们 进 行 了 比重 、 密度 、 含水率、 塑 限 和液 限等 物
理 性 质参 数 的测定 ，尾 矿物 理 陛质试 验 测试 结果
如表 １所示
研 究提 供 运动 和动 力方 面 的数 据 ，填 补现 场数 据
表 １ 尾 矿 物 理 性 质 试 验 测 试 结 果
Ｏ 引 言
近年来随着社会对矿产需求的增加 ，尾矿 的
总量 也 在急 剧 的增长 ， 尾矿 库 数 目也 随之增 加 ， 堆
的不足。
１ 尾 矿坝基本概况
１ ． １ 尾矿 颗粒 组成
坝高度也越来越高 ，同时尾矿坝溃坝的风险也越 来越高…， 又加上服务年数超限 的尾矿库越来越 多， 导致 尾矿 库溃 坝 事故 的数 目逐 年 递增 。 又 由于 多 数 尾 矿 堆存 物具 有 一 定 的毒 害性 ［ ２ ３ ， 这 更 加 加
尾 矿坝 溃坝 作 为一种 灾 害事 故具 有 瞬 间爆 发 性 和很 强 的破坏 性 ，要想 得 到真 实可 靠 的溃 坝 现 场 监测 数据 是非 常 困难 的 ，并且 需要 很 大 的人 力
粉 土 ，全尾 矿颗 粒粒 径 的中值粒 径 在 ０ ． ０ １ ６～ ０ ． ０ ８ ８ ｍ ｍ之间， 平均 值为 ０ ． ０ ４ ４ ｍ ｍ。
尾矿库洪水漫顶溃坝模型试验研究
摘要摘要尾矿库作为矿山企业最大的环境保护工程项目，同时也是高势能潜在危险源。
其运行状况不仅对矿山的生产至关重要，而且还关系到坝体下游居民的生命财产安全及周边环境。
我国尾矿库溃坝事故现象普遍较高，大多是由洪水漫顶造成的。
因此，本文以马家沟拟建尾矿库2#主坝为原型，以模型试验为切入点，研究该尾矿库洪水漫顶溃坝洪水演化规律，对溃坝灾害的预防提供重要的参考价值，具有重要的经济和社会意义。
完成的工作及取得的成果如下：（1）对国内外尾矿库溃坝致灾因素和溃坝影响范围研究进行了详细的总结分析，指出了目前尾矿库溃坝研究的些许不足并给出了一些建议。
（2）详细掌握尾矿库的基本资料，通过现场勘查取样，按照相应试验规程进行土工试验，得到原型土样的粘聚力、内摩擦角、颗粒级配等基本物理力学指标，为溃坝试验提供了基础性资料。
（3）为了使模型坝体与原型在溃坝机理上相似，开展了不同压实度对原型黏土强度的影响试验，并进一步探索了相比原型不同缩尺的室内流槽试验，确定了正式模型坝体的合理压实度。
（4）依据现场地形和相似基本理论，设计并自行搭建了物理模型实验平台，并给出了试验的各种相似比尺及相似材料的选取依据。
（5）根据实际资料，在模型试验平台上完成了坝体及库内模型砂的堆筑工作，并模拟了尾矿库由于暴雨造成的洪水漫顶溃坝试验。
通过对溃坝过程的记录，详细分析了坝体破坏的主要4个阶段，并就溃坝水位过程线、流量过程线和最终淹没范围等重要资料进行分析总结，对溃坝洪水演进过程有了进一步了解，加深了对溃坝机理的认识。
通过对实验结果的分析可知，虽然溃坝洪水未波及重点关注的徐家垄等地，但是旁边的水塘和稻田等都受到了一定程度的影响，造成了一定的经济损失，所以仍然需要高度重视；指出了尾矿库在设计和后续正常运行中需要注意的地方，为相关人员提供参考。
关键词：尾矿库；溃坝；模型试验；演进规律；影响范围ABSTRACTABSTRACTAs the largest environmental protection project,the tailings pond is also a dangerous source with high potential energy.Its operation is not only related to the mine production and construction,but also related to the people's lives and property safety and the surrounding environment downstream.In China,the phenomenon of dam break is generally high,which is mainly caused by flood overtopping.Therefore, this paper takes Majiagou2#tailings dam as the prototype,using model test as the starting point,studying on the tailings dam flood overtopping failure evolution law.It provides an important reference value for dam break disaster prevention,and has significant economic and social significance.The main work and results achieved are as follows:(1)This paper made a detailed summary and analysis on the cause and the influence range of dam break,and pointed out some problems of tailings dam break research,then gave some suggestions.(2)With grasping the basic information of tailings dam,through field investigation sampling,soil tests were carried out in accordance with the corresponding test procedures,the prototype soil cohesion,internal friction angle, particle size distribution and other basic physical indexes were obtained,which provided a basis for dam break test.(3)In order to make the model dam similar to the prototype in dam break mechanism,the effect of different compaction degree on the strength of the original clay was studied.To further explore the indoor flume experiment of different scale compared with the prototype,the reasonable compaction degree of the formal model dam was determined.(4)Based on the terrain and similarity theory,the physical model experiment platform was designed and built,and the similar scale and the selection of similar material were given.ABSTRACT(5)According to the actual data,model dam and model sand in pond were built on the experimental platform.The flood overtopping test of tailings dam due to heavy rain was simulated.Based on the record of dam break process,four main stages of the failure process of dam body was analyzed in detail,and the important data such as dam break flood hydrograph,the flow hydrograph and the final submergence range were dissected.Further understanding of the evolution process of dam break flood deepened the cognizance of dam break mechanism.Through the analysis of experimental results,we can see that although the dam break flood has not spread to the focus area of Xu Jia-Long,the pond and rice fields beside have been affected,there are certain economic losses.So we still need to attach great importance to the impact of dam break.It points out that tailings pond should be paid attention to some problems in the design and following normal operation,which provides reference for relevant personnel.Key Words:tailings pond;dam break;model test;evolution law;influence range目录目录第1章绪论 (1)1.1选题背景及意义 (1)1.2尾矿库溃坝致灾因素研究现状 (3)1.2.1洪水漫顶 (3)1.2.2渗流作用 (5)1.2.3地震作用 (6)1.2.4坝基或坝坡失稳 (7)1.3尾矿库溃坝影响范围研究现状 (7)1.3.1模型试验法 (8)1.3.2数值模拟法 (9)1.4主要研究内容及技术路线 (10)1.4.1主要研究内容 (10)1.4.2技术路线 (10)第2章相似理论 (12)2.1流体相似条件 (12)2.1.1重力相似 (12)2.1.2沿程阻力相似 (13)2.2坝体相似条件 (15)2.2.1几何相似 (15)2.2.2土体起动相似 (16)2.2.3土体动力及本构相似 (16)2.2.4坝体破坏时间相似 (18)2.3尾砂材料相似条件 (19)2.4本章小结 (20)第3章模型试验前期探索 (21)3.1原型土的物理力学性质 (21)目录3.2不同压实度下的直剪试验 (23)3.2.1试验步骤及结果 (23)3.2.2试验结果分析 (25)3.3流槽试验 (25)3.3.1试验水槽及坝体尺寸 (25)3.3.2试验方案 (26)3.3.3试验步骤 (27)3.3.4试验结果分析 (28)3.4本章小结 (29)第4章模型设计与制作 (30)4.1尾矿库工程概况 (30)4.1.1库区地形及周边环境 (30)4.1.2水文资料 (32)4.1.3工程地质资料 (32)4.1.4尾矿库库区洪水计算 (33)4.1.5尾矿库库容及等级 (35)4.2模型设计 (36)4.2.1相似指标换算 (36)4.2.2模型材料的选取 (37)4.3物理模型制作 (39)4.3.1模型试验平台的搭建 (39)4.3.2河道加糙 (41)4.4本章小结 (44)第5章马家沟尾矿库2#主坝溃坝模型试验 (45)5.1试验目的 (45)5.2试验技术及设备 (45)5.3试验具体方案 (48)5.4溃坝模型试验结果 (49)5.4.1溃坝过程描述 (50)目录5.4.2坝体漫顶溃决破坏过程 (54)5.4.3水位过程线 (57)5.4.4流量过程线 (58)5.4.5泥砂淤积情况 (59)5.4.6溃坝全流场分析 (62)5.4.7溃坝洪水的淹没范围及其对徐家垄的影响 (66)5.5本章小结 (68)第6章结论及建议 (69)6.1结论 (69)6.2难点与不足 (70)6.3建议 (71)致谢 (72)参考文献 (73)攻读学位期间的研究成果 (77)第1章绪论第1章绪论1.1选题背景及意义尾矿一般是由选矿厂排放的尾矿矿浆经自然脱水后所形成的固体矿业废料，是固体工业废料的主要组成部分。
基于强度折减法的尾矿库_坝_稳定性计算_王孟来
#水利工程#文章编号:1009-6825(2011)04-0223-02基于强度折减法的尾矿库(坝)稳定性计算收稿日期:2010-10-26作者简介:王孟来(1986-),男,重庆大学硕士研究生,重庆 400030唐 强(1987-),男,重庆大学硕士研究生,重庆 400030王孟来 唐 强摘 要:将渗流)应力耦合思想引入到强度折减法中,以云南某尾矿库的初步设计资料为依据,对该尾矿库不同水位高度下的稳定性进行了分析,并根据已知的数据验证了计算结果的可靠性,研究成果完善了强度折减法在尾矿坝工程中的应用。
关键词:尾矿坝工程,渗流)应力耦合,强度折减法,稳定性分析中图分类号:TV64文献标识码:A 尾矿库是一座人为形成的高位泥流危险源,是非煤矿山的重大控制性工程之一。
目前,国外主要以环境影响研究为主[1]。
在我国由于尾矿库工程失效造成严重灾害的事例屡见不鲜[2]。
因此,探讨尾矿坝稳定性具有重要的现实意义。
在尾矿坝稳定性计算中,国内目前主要还是采用传统的极限平衡条分法。
该方法需要事先知道尾矿坝滑动面位置和形状,且坝体材料被视为刚性体,仅考虑其强度特性,不能考虑坝体内的实际应力)应变关系,无法得到坝体内的应力与应变在空间分布及其发展过程。
基于强度折减理论的有限单元数值分析法(强度折减法),不但满足力的平衡条件,并且能够考虑岩土体材料的非线性本构关系以及变形对应力的影响,稳定性分析时不需要假定滑移面位置和形状,也无需进行条分,计算结果更加精确合理[3-6]。
本文结合云南某尾矿库初步设计资料,将强度折减理论和渗流)应力耦合数值分析方法结合起来,对该尾矿坝在不同工况下的稳定性进行分析,以预测坝体在未来不同工况下的运行状况,确保尾矿坝的安全运行。
1 有限元强度折减系数法基本原理有限元强度折减系数法的基本原理是将研究对象的材料强度参数:先将材料原始的粘聚力c 和内摩擦角U 值除以一个折减系数F trial ,得到一组新的c c ,U c 值,见式(1):c c =c /F trial ,U c =a rctan(tan U /F trial )(1)然后将c c ,U c 作为新的参数输入,进行试算,当材料符合给定的临界破坏状态判定条件时,对应的F trial 被称为材料的最小安全系数。
某铁矿尾矿库溃坝砂流演进过程数值模拟研究
某铁矿尾矿库溃坝砂流演进过程数值模拟研究
朱远乐;刘婷;王淇萱;伍梁龙
【期刊名称】《现代矿业》
【年(卷),期】2022(38)4
【摘要】为探究尾矿库溃坝灾害作用下对下游区域的灾害风险特点,借助地理信息系统对某铁矿尾矿库下游地形及重要建筑物进行调查,采用数值模拟研究
166.0,122.0和97.0 m标高尾矿库溃坝砂流演进过程,并选取下游区域8个敏感点,分析砂流的淹没深度和流速。
结果表明:3种工况条件下尾矿库溃决产生尾砂流到达下游敏感地区的时间基本上一致,对下游的影响规律基本一致;尾矿库溃坝库容越小,下游各敏感点的最大淹没深度越小,最大流速越小;距离尾矿坝坝址越远,最大淹没深度越小,最大流速也越小(水库除外)。
溃坝砂流在坝址附近区域影响较大,且淹没深度变化较大,距离坝址越远,最大淹没深度和最大流速趋于平缓。
【总页数】5页(P167-171)
【作者】朱远乐;刘婷;王淇萱;伍梁龙
【作者单位】长沙矿山研究院有限责任公司;金属矿山安全技术国家重点实验室;湖南省长沙市长沙县白石洞水库管理所
【正文语种】中文
【中图分类】TV6
【相关文献】
1.尾矿库溃坝水流演进的数值模拟
2.尾矿库溃坝泥石流的演进过程及防护措施研究
3.三维GIS技术支持下的尾矿库溃坝地质灾害演进过程模拟——以相思谷尾矿库为例
4.基于FLUENT软件的尾矿库溃坝数值模拟及尾砂运动分析
5.模型试验及数值模拟下尾矿库溃坝尾砂流演变预测
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尾矿坝漫顶溃坝砂流演进数值模拟与风险评价
尾矿坝漫顶溃坝砂流演进数值模拟与风险评价尾矿设施是矿山生产要素的重要组成部分,同时也是潜在的危险源。
伴随矿业工程的不断发展,尾矿坝事故屡有发生。
尾矿坝溃坝事故不仅使尾矿流失,破坏下游地区的生态环境,而且造成巨大的人员伤亡和财产损失。
影响坝体安全性的因素很多,有设计方面的、管理方面的、筑坝材料及筑坝方式等,总的来说引起溃坝的因素主要有洪水漫坝、坝体地震液化、边坡失稳、渗流破坏等。
国内外尾矿库重大恶性事故大多由洪水漫顶引起,因此,开展尾矿坝漫顶溃坝研究,对提高尾矿库的本质安全性和安全管理水平,减少和控制尾矿库运行中的危险、有害因素,降低尾矿库生产安全风险和预防事故发生,指导尾矿坝的防洪渡汛等方面都具有重要意义。
论文从水力学、土力学、水文学、泥沙动力学和尾矿工程等学科出发,深入系统地研究了尾矿坝漫顶溃坝机理和过程,构建了溃坝砂流在下游演进的控制方程,最后对尾矿坝漫顶溃坝事故进行了风险评价。
本文主要进行了以下几方面的研究工作：(1)研究了与漫顶相关的尾矿库洪水计算和调洪演算方法。
洪水计算部分研究了洪水的洪峰流量和洪水总量计算方法以及洪水过程线绘制。
调洪演算的目的是根据既定的排水系统确定所需要的调洪库容及泄洪流量,本文以某Ⅳ级铜矿尾矿库为例,分别按频率P=1%和P=1‰进行调洪演算,对排洪系统进行校核。
(2)探讨了两个基本理论：剪切应力(或牵引应力)和“陡坎”冲刷模型；研究了漫顶以后坝面侵蚀和漫顶溃坝机理；在研究和分析土石坝漫顶溃坝破坏过程的基础上,结合尾矿坝自身特点以及相关理论,提出了尾矿坝漫顶溃坝破坏过程。
(3)研究了溃口下泄尾矿砂流流量过程线的计算方法。
一方面,尾矿坝属于散粒体坝,尾矿坝的溃决一般情况下属于逐渐溃坝,首先以DAMBRK模型为基础,结合水量平衡方程,求出溃坝水流过程线,同时考虑下泄尾砂量并改变时变过程,提出了基于逐渐溃的尾矿坝溃坝砂流流量过程线。
另一方面,由于尾矿坝溃决时往往伴随着暴雨,库区尾矿砂呈饱和状态,为安全起见,往往考虑最不利的情况,即发生瞬时溃坝,采用4次抛物线来概化尾矿坝溃坝下泄砂流流量过程线。
基于强度折减法的尾矿库(坝)稳定性计算
基 于 强 度折 减 法 的 尾 矿 库 （ ） 坝 稳定 性 计 算
王孟 来 唐 强
度 下的稳 定性进 行 了分析 ， 并根 据 已知的数据验证 了计 算结果的 可靠性 ， 究成果完善 了强度折减 法在尾 矿坝 工程 中的 研
尾 矿 库 是 一 座 人 为 形 成 的 高 位 泥 流 危 险 源 ， 非 煤 矿 山 的重 变 形 和 位 移 。 是 大 控 制 性 工 程 之 一 。 目前 ， 国外 主 要 以 环 境 影 响 研 究 为 主 … 。在 此 ， 讨 尾 矿 坝 稳 定 性 具 有 重 要 的现 实 意 义 。 探 平 衡 条 分 法 。该 方 法 需 要 事 先 知 道 尾 矿 坝 滑 动 面 位 置 和 形 状 ， 且 本 文 以有 限元 计 算 是 否 收 敛 作 为 判 断 尾 矿 坝 的 失 稳 判 据 ， 并 系 曲线 综 合 确 定 安全 系数 。 云南某尾矿库 为云南 省某 铜矿 的新 建尾 矿库
参数名称
密度 ｐ ｇ・ ｍ 一 ／ ｅ
粘结力 Ｃ ｋａ ／Ｐ
表 １
。
表 １ 材 料 参 数 一 览 表
尾粉砂
２Ｏ ．
４７ ．２
然后将 Ｃ ， 作为新 的参数 输入 ， 进行 试算 ， 当材料符 合给定
的临 界 破 坏 状 态 判 定 条 件 时 ， 应 的 对 被称 为材料 的最 小安全 系 数 。此 时 认 为 材 料 发 生 剪 切 破 坏 ， 得 到 材 料 的 破 坏 滑 动 面 。 可
尾粉土
Ｉ８ ．５
６４ ．
初期坝
２ Ｏ ．５
１ Ｏ
基底 பைடு நூலகம்
２ ３ ．０
１． Ｏ０
基于渗流一应力耦合 的强 度折 减法则 是将 渗 流场计 算结 果作 为 应力场计算 的初始条件 ， 在渗流场基 础上实 现尾矿坝 的应 力场计
溃坝问题数值模拟研究综述
有限 差分法 自二十 世纪 ５ ０年代首次 应用于模拟河道水流以来 ，至今仍是水动 力学计算中应用最为广泛的方法 。其基本 思路是将求 解区域划分 为差分 网格 ， 用有 限个 网格节 点代替连续 的求解 区域 ， 用泰 勒级数展开等方法将控制方程 中的微商用 差商代替进行 离散 ， 建立代数方 程组来 再
迅速发展 ， 数值 求解圣维南方程组的 黎曼 问题逐渐成为 了研 究溃坝波的主要手 段 ， 特别是数值模拟在研 究区域的边值条件和
程使用 激波捕捉法 可能会导致某些错误 ， 有些方法会在间断面附近产生非物理 的伪 振荡 ，不能 反映数值解的真实情况 。计算
间断 时若 使用 非守恒 格 式 ，格式 即使收
１ １ 主要 途 径 ．
浅水动力学计算方法 ， 按离散基本原
理可以分为特征线法 （ ＭＯＣ） 、有限差分 法 （ ＤＭ） Ｆ 、有 限元法 （ Ｅ 、有限体积 Ｆ Ｍ） 法 （ Ｖ ）等 。 Ｆ Ｍ 随着研 究的深入 ，学者们仍在探 索溃
溃坝问题的特殊性是指其所对应的物
理流场中存在 间断波 ， 该性质使数值研究 溃坝水流具有特定的困难 ， 多数算 法常常 失效 。 模拟堤坝 溃决水流这类 强间断或 大 梯度流动的现象 ，主要途径有两条：激 波 拟合 （ ｈ ｃ — ｉ ｉｇ Ｍｅｈ ｄ 和激波 捕 Ｓ ｏ ｋ ｆ ｔ ｔｏ ） ｔｎ
捉 法 （ ｈ ｃ — ａ ｔｒｎ Ｓ ｏｋ ｃ ｐｕ ｉｇ Ｍ￣ｈ ｄ Ｉ。 ｏ） 激波拟合法是在光滑流动区对圣维南 方 程组 求解 ， 而在涌波两侧则通过 间断条 件 将水 流正 确地 衔接起 来。 这类方法虽然
某尾矿库模袋法筑坝与加高扩容坝体稳定性分析
DOI ：10.3969/j.issn.1009-0622.2020.01.003某尾矿库模袋法筑坝与加高扩容坝体稳定性分析张文学1袁王孟来2（1.云天化集团有限责任公司，云南昆明650228；2.云南磷化集团有限公司，云南昆明650600）摘要：尾矿库是金属矿山和非金属矿山必备的生产设施，也是矿山最大的危险源。
本文以模袋法筑坝的云南某尾矿库为工程背景，采用Geo-Studio 软件，对模袋法堆积尾矿坝的稳定性进行了计算分析。
结果显示，现状尾矿坝坝体（总坝高61m ）在特殊工况下安全系数不满足规范要求，需要对坝体实施块石贴坡加固等措施；措施实施后，3种工况下尾矿坝的安全系数均能满足规范要求，且尾矿坝可继续加高18m 。
研究成果可为该尾矿库后续的设计、施工和管理等提供技术支撑。
关键词：加高扩容；尾矿；尾矿库；稳定性中图分类号：TD926.4文献标识码：A收稿日期：2019-12-05作者简介：张文学（1963-），男，云南石屏人，硕士，高级经济师，主要从事大型化工企业集团管理工作。
0引言尾矿库通过堆筑尾矿坝拦截尾矿和尾水而形成，是金属矿山（如钨矿）和非金属矿山必备的生产设施，又是这类矿山最大的危险源[1-3]。
尾矿坝一旦溃决，不仅会淹没和冲击下游生活生产设施，还可能造成严重的环境污染[4]。
文献[5-6]针对一些钨矿的尾矿库存在的安全问题进行了研究，并提出了整治措施。
近年来，随着选矿技术的提升和粗粒尾矿用于井下充填，入库尾矿的颗粒变得越来越细。
采用细粒尾矿进行上游法筑坝则面临尾矿固结速度慢、干滩面坡度缓、堆坝困难、坝体稳定性差等问题[7]。
严重影响着矿山企业的安全生产。
如何利用细粒尾矿筑坝，确保尾矿库的安全稳定一直是矿山亟需解决的问题。
为了解决细粒尾矿的堆积问题，模袋法开始被应用于尾矿库的筑坝。
周汉民[8]对模袋法堆坝的稳定性进行了研究；张强[9]采用时程法对细粒尾矿模袋法筑坝尾矿库的地震稳定性进行了分析；李巧燕等[10]通过室内试验对小尺寸尾矿坝筑坝模袋进行了摩擦和受压性能的试验研究；韩亚兵等[11]研究了模袋材质对堆坝效果的影响；刘江萍等[12]对模袋法在宜春钽铌矿2#尾矿库应急度汛中的应用进行了研究。
尾矿库溃坝影响分析
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。
关键词：泥石流；尾矿库；溃坝中图分类号：ＴＶ１４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２１）０８－０１６３－２Analysis on the influence of tailings dam breakWANG Xiu-long（Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｚｈｉｃｈｅｎｇ Ｚｈｏｎｇａｎ Ｓａｆｅｔｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｃｏ．， Ｌｔｄ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１００００，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｔｈｅ ｔａｉｌｉｎｇｓ ｏｆ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｉｒｏｎ ｏｒｅ ｉｓ ｔａｋｅｎ ａｓ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｂｊｅｃｔ， ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｄｅｂｒｉｓ ｆｌｏｗ ｉｎ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ ｉｎｄｕｓｔｒｙ， ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｏｆ ｔａｉｌｉｎｇｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔａｉｌｉｎｇｓ ｓｔａｃｋｉｎｇ， ａ ｄａｍ ｂｒｅａｋ ｉｍｐａｃｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ， ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｍｉｎｅ ｔａｉｌｉｎｇｓ ｐｏｎｄ， ａｎｄ ｃａｎ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｄａｍ ｂｒｅａｋ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｔａｉｌｉｎｇｓ ｐｏｎｄ， ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｓａｎｄ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ， ｔｈｅ ｗｉｄｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｄａｍ ｂｒｅａｋ， ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｆｌｏｗ ａｔ ｔｈｅ ｄａｍ ｓｉｔｅ， ｔｈｅ ｗｉｄｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｄａｍ ｂｒｅａｋ， ｔｈｅ ｗｉｄｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｄａｍ ｂｒｅａｋ Ｆｌｏｏｄ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ， ｆｌｏｗ ｖｅｌｏｃｉｔｙ， ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ， ｉｍｐａｃｔ ｆｏｒｃｅ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｄａｍ ｂｒｅａｋ ｉｍｐａｃｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｗｏｒｋ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｄｅｂｒｉｓ ｆｌｏｗ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔａｉｌｉｎｇｓ ｄａｍ ｂｒｅａｋ， ｓｏ ａｓ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｓｃｏｐｅ ａｎｄ ｅｘｔｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ， ｔａｋｅ ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｉｎ ａｄｖａｎｃｅ， ａｎｄ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ．Keywords: ｄｅｂｒｉｓ ｆｌｏｗ； Ｔａｉｌｉｎｇｓ ｐｏｎｄ； Ｄａｍ ｂｒｅａｋ土石坝类型尾矿库，是国内尾矿库占比最多的坝型。
尾矿库溃坝砂流的三维数值模拟研究
尾矿库溃坝砂流的三维数值模拟研究一、引言尾矿库是以矿渣为主要填筑材料的建设在开采矿区旁边、山谷等低洼地点的水库。
为保障矿山石几生产，矿山必须要进行尾矿的处理，将处理后的渣胚、砂土等杂质存储到尾矿库中，因此，尾矿库是矿山生产的必须设施。
尾矿库储量大、地面压实度高，如果出现因自然灾害、地质构造变化等原因引起的尾矿库溃坝，那么溃坝时形成的砂流将会严重影响人类生存环境和生产生活秩序，甚至导致生命安全的严重威胁。
因此，对尾矿库溃坝砂流的研究具有重大的理论和实践意义。
本文着重探讨尾矿库溃坝砂流的三维数值模拟研究。
二、理论基础（一）尾矿库溃坝砂流的特点尾矿库溃坝砂流的特点主要为砂流体积大，流速快，流动性强。
溃坝砂流的粒径多数在0.1mm~10mm之间，平均密度约在1.3~2.0g/cm³之间。
此外，溃坝砂流的流动方向不定，它可能会吞噬一切在过程中遇到的东西，木材、石块、建筑房屋等一切面临袭击的目标。
（二）尾矿库溃坝砂流数值模拟的方法尾矿库溃坝砂流数值模拟通常采用基于流体动力学（CFD）的方法。
该方法可以对砂流的流动过程、流速、流量、压力等参数进行计算，并且可以更加准确地模拟出溃坝过程中砂流的运动情况。
三、模型的建立（一）模型建立的基本步骤1、建立计算区域模型，包括尾矿库坝体、储存的砂土体积，并分配网格。
2、建立计算物理模型，包括模拟所涉及相应领域的流动性质，例如力学、化学、物理、热力学等。
3、将初始和边境条件与模型联系起来，并选择数值方法和适当的物理模型来模拟流动及相关问题。
4、对新模型进行授权和验证，并进行结果评估。
（二）技术措施和模型假设技术措施采用流体动力学（CFD）方法对尾矿库溃坝砂流进行模拟。
模型中的主要假设：1、砂流为非牛顿液体，其流动受到雷诺剪切应力和层间剪切应力的作用。
2、无粘性流体。
3、流体具有可压缩性和完全可混性。
（三）数学模型建立建立数学模型的主要步骤如下：1、定义物理量和状态：流体的速度、压力、密度、粘度等。
尾矿库溃坝溃口发展状态模拟试验
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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尾矿库溃坝运动特征模拟研究
尾矿库溃坝运动特征模拟研究王学良;孙娟娟;周书;周剑【摘要】Tailings pond is an artificial hazard source with high potential energy. Once the dam breaks, it will surely threaten the safety of people regarding property and ecological environment of downstream. Due to the complexity of factors and the uncertainty of movement and retention in the downstream channel or site, it is difficult to predict the movement characteristics of tailings dam break. In this paper, based on the mechanics theory of continuous media and discontinuous media, considering the current ability of fluid-solid coupling numerical simulation, using the software such as Massflow, PFC3 Dcombination UAV measurement, analysis of field investigation and verification, conduct a research of simulation study on the movement characteristics of tailings dam break. It is found that the tailings movement process is different based on PFC3 Dand Massflow numerical simulation.Massflow simulation results show that most of the tailings sands move along the zigzag channel downstream of the tailings pond and accumulate at the culvert where the gully meets the Zhang-Tang railway; PFC3 Dsimulation results show that most of the tailings sands follow the tailings ponds main body towards outburst overflow, and a few enter the zigzag channel downstream. According to the research, considering the uncertainty of geological mass and movement process, it is advisable to combine two simulation methods based on different theoretical bases for the simulation of movementcharacteristics, and make comprehensive analysis and prediction combining with the actual situation of tailings pond.%尾矿库是一个具有高势能的人造危险源,一旦溃坝,将严重威胁下游人民生命财产安全和生态环境保护.由于尾矿库溃坝因素和条件的复杂性,以及溃坝体在下游沟道或场地运动及滞留特征的不确定性,导致尾矿库溃坝后的运动特征预测成为一个难点.本文基于连续介质和非连续介质力学理论,考虑当前流固耦合数值模拟能力和特征,运用Massflow和PFC3D软件,结合无人机精细测量、现场调查和验证分析等手段,开展了多手段相结合的尾矿库溃坝运动特征模拟研究.研究发现,基于PFC3D和Massflow两种数值方法模拟溃坝后的尾矿砂运动过程有所不同.Massflow模拟结果显示,大部分尾砂体沿着尾矿库下游的曲折沟道运移,在沟谷与张唐铁路交汇的涵洞处堆积;而PFC3D 模拟结果显示,尾矿库溃坝后大部分尾矿砂沿着尾矿库主体朝向溃决漫流,少部分进入其下游曲折沟道.研究认为,考虑地质体和运动过程的不确定性,对于尾矿库溃坝的运动特征模拟宜结合两种不同理论基础的模拟方法,并结合实际尾矿库情况进行综合分析预测.【期刊名称】《工程地质学报》【年(卷),期】2019(027)001【总页数】8页(P144-151)【关键词】尾矿库;溃坝模拟;不确定性;Massflow;PFC3D【作者】王学良;孙娟娟;周书;周剑【作者单位】中国科学院地质与地球物理研究所, 北京 100029;中国科学院大学, 北京 100049;中国科学院地质与地球物理研究所, 北京 100029;中国科学院大学, 北京 100049;中国科学院大学, 北京 100049;中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所, 成都 610041;中国科学院地质与地球物理研究所, 北京 100029;中国科学院大学, 北京 100049【正文语种】中文【中图分类】P642.20 引言通过人工方法筑坝拦截山谷、傍山或平地而形成的尾砂储存场所称为尾矿库。
基于FLUENT某尾矿库溃坝数值分析
基于FLUENT某尾矿库溃坝数值分析石满生【摘要】为提出有效避险方案,减少溃坝造成的社会经济损失、人员伤亡和生态环境风险,需正确评估溃决尾砂的流滑运移特征及对下游建构筑物的影响范围,即引入CFD软件(FLUENT)对某尾矿库溃决尾砂的流滑过程进行数值分析.结果表明,FLUENT能较好地模拟溃决尾砂的流动过程,解决了尾砂流滑大变形现场试验的高成本难题.当未采取任何防护措施时,该尾矿库溃坝水砂流会漫到居民区,对下游左侧民宅存在一定影响;溃决尾砂将冲击下游公路,存在中断交通的风险;携带大量尾矿废水的尾砂,对下游流域带来较大生态环境风险.研究成果可为进一步研究尾矿库溃坝防护措施提供参考.【期刊名称】《铜业工程》【年(卷),期】2019(000)004【总页数】4页(P56-59)【关键词】尾矿库;溃坝;数值分析;避险;防护措施;FLUENT【作者】石满生【作者单位】江西天億矿业有限公司,江西贵溪 335424【正文语种】中文【中图分类】TU411 引言倾大多数尾矿坝依山而建，下游不乏人口密集区、重要建构筑物、交通要道和河流等，一旦溃坝，给下游人民生命和财产安全带来严重危害，且污染下游生态环境［1,2]。
因此，尾矿库溃坝灾害成为矿山防灾减灾的重要难题，深入研究尾砂流滑运移特征及对下游区域建构物的影响范围，具有重要的现实意义［3,4]。
李彦娥等［5]采用单沟泥石流经验预测公式对尾矿库溃坝后泥石流覆盖范围及影响程度进行定量分析评价。
皇甫凯龙等［6]应用二维溃坝水流数值模型和尾矿坝溃决砂流数值模型，分别模拟某尾矿坝溃决洪水、砂流运动状况。
刘磊等［7]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观测。
郭天勇等［8]建立溃坝滑坡体滑移距离的计算公式，分析扩散角、空气阻力、残余强度、撞击动压力和拦挡坝等对滑移距离的影响。
尾矿库溃坝作为一种灾害事故具有瞬间爆发性和很强的破坏性，要想得到真实可靠的溃坝现场监测数据是非常困难的，并且需要巨大的人力和财力的投入［9]。
水库溃坝洪水数值模拟分析
水库溃坝洪水数值模拟分析
吕多智;王猛;刘玮
【期刊名称】《水利技术监督》
【年(卷),期】2024()5
【摘要】水库溃坝严重威胁人民生命财产安全。
文章选取北方平原地区某典型水库,构建瞬时溃坝(情景1)和逐渐溃坝(情景2)2种溃坝情景,对比分析溃坝洪水过程,运用二维水动力模型对洪水演进进行数值模拟,并对溃坝风险及溃坝后果进行探析。
结果表明:情景1较情景2短时间内洪水到达范围更广、水深更大。
研究成果对于
北方平原地区水库溃坝早期风险预警和抗洪救灾具有参考意义。
【总页数】4页(P49-52)
【作者】吕多智;王猛;刘玮
【作者单位】济南市工程咨询院;青岛市水利勘测设计研究院有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TV122
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降雨作用下尾矿坝的数值模拟
降雨作用下尾矿坝的数值模拟摘要：应用GEO-SLOPE系列软件对降雨作用下尾矿坝的进行了数值模拟，模拟结果表明：各土层降雨过程中各层都需要一定的初始反应时间。
在降雨过程中，尾矿坝模型表层处节点的孔隙压力逐渐增大，降雨持时的延续，深处的节点开始反应，最后所有节点的孔压趋于同一稳定值，降雨入渗降低了尾矿坝的安全系数，使尾矿坝趋于不稳定。
关键词：尾矿坝；降雨入渗；数值模拟引言尾矿坝的研究，国外主要集中在环境污染与防治方面[1]，国内而言，对尾矿库(坝)的研究角度要多些[2-4]，但降雨作用下尾矿坝的数值模拟却很少见。
本文选用金山店铁矿锡冶山尾矿库相关参数，运用GEO-SLOPE系列软件对降雨作用下尾矿坝的性状进行了数值模拟，为尾矿坝的建立、维护提供了参考依据。
尾矿坝土体模型概述尾矿坝模型土层分布具有金山店铁矿尾矿坝的特点，即其分层现象极为严重，沉积规律基本符合上粗下细，坝前粗库尾细的规律，其突出特点是夹层、互层和交错层特别明显。
尾矿坝模型反应了实际堆存尺寸，土层分布特点，实际水位线高度，大概在5m左右。
为捕捉降雨入渗深度，在表层处，对尾矿坝网格进行了细化。
由于降雨两小时的入渗发生在尾矿坝浅层，所以数值模拟主要考虑浅层尾矿砂在降雨过程中的吸力变化特点及分布规律。
值模拟结果及分析降雨作用下尾矿坝孔压分布曲线，从各土层的反应时间时间来看，降雨过程中各层都需要一定的初始反应时间。
在降雨过程中，尾矿坝模型表层处节点的孔隙压力逐渐增大，降雨持时的延续，深处的节点开始反应，最后所有节点的孔压趋于同一稳定值，此时在这一土层的入渗可能已达到了尾矿坝土体的稳定入渗率。
所以此种数值模拟方法研究降雨下尾矿坝的性状所得到的数据具有一定的可信度，见图1。
如图2所示为降雨作用下尾矿坝安全系数变化情况，表明孔压的增大（吸力的减小）尾矿坝安全系数呈下降趋势。
在降雨开始一段时间内，安全系数变化并不明显，此与孔压需要一定的反应时间有关，随着降雨的发展，安全系数下降趋势越发明显，这是由于孔压持续增大，影响深度加大的缘故。
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［摘 要］ 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。
2.1 溃坝后泥深变化规律 通过对下游各过流断面的泥浆淹没高程进行
整理，得到了各断面泥深随时间变化曲线，如图 １ 所示。
图 1 坝高 20 cm 时泥深变化情况
2.2 溃坝后冲击力变化规律 不同尾矿坝高度溃决后，泥浆在库区下游 ５ ｍ
处的冲击力过程情况，如图 ２ 所示。总体上看冲击 力曲线呈现前陡后缓的趋势，意味着溃后泥砂流 的冲击力在很短的时间内便能达到其峰值，然后 会逐渐降低。
相似模拟试验与数值模拟的结果不同主要有 以下几点原因：①试验设备器材与数值模拟中选
利用 Ｆｌｕｅｎｔ３Ｄ 软件对坝高 １００ ｍ 的尾矿坝溃 决过程进行数值模拟，可以得出以下结论：
（１）用 Ｆｌｕｅｎｔ３Ｄ 软件对尾矿坝溃决过程的模 拟结果与采用相似模拟试验得到的结果基本相 同，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，并且各自的峰值的相似度较 大，均在工程计算允许的误差范围内。
根据库区地形，试验模型按 １∶５００ 比尺缩 小，则模型库区尺寸为 ３ ｍ×２．８ ｍ×０．５ ｍ（长× 宽×高），参考以往尾矿坝溃坝泥石流冲击距离，
该次试验下游冲沟设计为 １５ ｍ，模拟溃坝泥石流 在下游冲击距离为 ７．５ ｋｍ 的整个情况。根据设计 模型尺寸及其他条件综合考虑，确定相似系数如 表 ２ 所示 。 ［3］
当坝高 １００ ｍ 的情况下，根据溃后库区下游 ２．５ ｋｍ 处的淹没深度的峰值情况，包括相似模拟 和数值模拟两个结果。两者之间的差值在 ２５％左 右，处于可以接受的范围。 4.3 冲击力结果比较
同样是抽取坝高 １００ ｍ，库区下游 ２．５ ｋｍ 处 的冲击力数据进行比对，在此处冲击力的峰值结 果相差有点大，数值计算结果为 １．９ ＭＰａ，相似模 拟试验结果为 ６ ＭＰａ。根据相关工程实际经验认 为此结果可以接受，处于合理误差范围［6］。 4.4 原因分析
Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ
3
3.2 溃坝后冲击力变化规律 由图 ４ 中可以知道，１００ ｍ 高尾矿库溃决后
对下游造成的冲击力可以高达 ２．６ ＭＰａ，泥砂流一 旦到达某处则迅速产生很高的冲击力，在很短的 时间内达到峰值，随着库区泥砂流来源的减少和 流动距离的增加冲击压力将迅速的减小。而对于 下游 ０．６ ｋｍ 处的米茂村来说，受到的冲击力可以 说是最大的，高达 ２．５ ＭＰａ 左右，所以该村的防护 工作应重点把握。
［关键词］ 尾矿坝；数值模拟；VOF 模型；溃坝 ［中图分类号］ ＴＰ１５ ［文献标识码］ Ａ ［文章编号］ １６７２-９９４３（２０１３）０２-０００１-０３
0引言
近年来随着社会对矿产需求的增加，尾矿的 总量也在急剧的增长，尾矿库数目也随之增加，堆 坝高度也越来越高，同时尾矿坝溃坝的风险也越 来越高［1］，又加上服务年数超限的尾矿库越来越 多，导致尾矿库溃坝事故的数目逐年递增。又由于 多数尾矿堆存物具有一 定 的 毒 害 性 ［2］，这 更 加 加 剧了尾矿溃坝带来的危害，现在已成为政府重点 关注对象。
［4］ 魏文礼， 郭永涛. 基于加权本质无振荡格式的二维溃 坝水流数值模拟[J]. 水利学报, 2007，5（5）：596-600
［5］ ZHOU Di -hua, SHEN H W,LAI Jihn -sung, et a1. Approximate Riemann solvers in FVM for 2D hydraulic shock wave modeling ［J］. J Hydraul Eng,1996,l22(12): 692-702
表 2 相似系数参考
相似系数 公式 数值
几何相似系数 λl
λl
=
LP Lm
１∶５００
时间相似系数 λt
λt =
tm tp
= 姨λl
１∶２２
速度相似系数 λu
λu = 姨λl
１∶２２
流量相似比 λQ
２
λQ =λl λu １∶５．５ｅ６
粘度相似比 λη
λη =λρ 姨λl
１∶２２
式中，Lm 为模型尺寸；Lp 为原型尺寸；tm 为模型过程时间；tp 为原型过程时间；λρ＝１。
２０１３ 年第４ 月３８ 卷第 ２ 期
能源技术与管理
Ｆｅｂ．， Ｖ２０ｏ１ｌ．３３８ Ｎｏ．２
Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ
1
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－ ９９４３．２０１３．０２．００１
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
专论与综述
尾矿坝溃坝数值模拟研究
王孟来 １，２，李耀基 １，２，李小双 １，２，史苏苏 １，２
孔隙率 ／％ ４０．３ ３９．５ ４０．８ ４０．２
注：密度是将制备好的尾矿样按照 １５％含水率配制，然后根据《土工试验规程》测定。
基金项目：“十二五”国家科技支撑计划项目（２０１１ＢＡＢ０８Ｂ００）
２０１３ 年 ４ 月
2
王孟来，等 尾矿坝溃坝数值模拟研究
Ｆｅｂ．， ２０１３
2 尾矿坝溃坝模拟试验
通过图 ３ 可以知道，不同断面上的泥深的变 化都呈现前面陡峭后面平缓的趋势。就某一断面 来讲当溃泥砂流到达后，在很短的时间内达到最 大值，随后就不断降低，出现明显的拖尾现象。其 中转弯处有点异常，主要是因为转弯处由于弯道 效应而使得泥深要比直道的情况下高出很多。综 合来看，溃坝后下游将会出现的最大淹没深度是 ９５ ｍ 左右，距离坝址下游 ５ ｋｍ 范围内最后会形 成约 ２０ ｍ 的泥砂沉积深度，也就是说下游 ５ ｋｍ 内的村庄基本都会被淹没掉。
１．９４
１４．８１
２．０１
１４．６８
１．９６
１４．９７
１．９７
１４．８２
干密度 （／ ｇ／ｃｍ） １．６９ １．７３ １．６７ １．７０
饱和密度 （／ ｇ／ｃｍ） ２．２０ ２．２４ ２．１４ ２．１９
饱和度 ／％ ６５．９ ６９．２ ６８．３ ６７．８
孔隙比 ０．６８ ０．６５ ０．６９ ０．６７
材之间有一定的差异，不尽相同；②相似模拟试验 中相似材料选取与数值模拟中材料有一定的差 异，不尽相同；③相似模拟试验设备中溃坝瞬间控 制系统无法像数值模拟那样做进行完美模拟；④ 相似模拟试验设备中应力采集系统存在一定的误 差，而数值模拟中采用力学模型以及算法也存在 一定的缺陷。这些都是导致两者结果有差异的原 因，但是结果在工程要求的范围内。
图 2 溃坝泥砂流在下游 5 m 处冲击力变化情况
3 尾矿坝溃坝数值模拟
把尾矿库溃坝所形成的泥流浆体看作是空气 和泥砂流的两相流体，可用欧拉 － 欧拉模型来描
图 3 溃决泥砂流通过不同断面时的泥深变化情况
２０１３ 年第４ 月３８ 卷第 ２ 期
能源技术与管理
Ｆｅｂ．， Ｖ２０ｏ１ｌ．３３８ Ｎｏ．２
尾矿坝溃坝作为一种灾害事故具有瞬间爆发 性和很强的破坏性，要想得到真实可靠的溃坝现 场监测数据是非常困难的，并且需要很大的人力 和财力的投入。为了得到更多的数据，更好地研究 分析尾矿坝溃坝相关机理，不得不另辟蹊径。经过 大量的研究与尝试后，认为使用 Ｆｌｕｅｎｔ３Ｄ 软件来 模拟泥砂流的流动过程有一定的可行性，它能为 研究提供运动和动力方面的数据，填补现场数据
5结论
图 4 不同断面过泥砂流压力变化情况
4 数值模拟与相似模拟试验结果对比
为了验证数值计算结果的可靠性，将其与相 似模拟试验所得到的结果进行对比分析，下面就 整体趋势、泥深变化和压力变化的情况进行简单 的比较。 4.1 整体趋势比对
根据相似模拟试验结果比对分析得出：无论 是淹没深度还是冲击力变化情况，总体上都呈现 前面迅速增长、峰值以后都逐渐减小，并趋于平稳 值的现象。都有明显的峰值，并且在相同条件下， 两种计算结果得出的规律是类似的。 4.2 淹没深度结果比较
［6］ 尹光志，敬小非，魏作安. 尾矿坝溃坝相似模拟试验研 究 [J].岩 石 力 学 与 工 程 学 报 ，2010，29（ 增 刊 2）：38303838
［作者简介］
王孟来（１９８６－），男，硕士，毕业于重庆大学资源与环 境科学学院采矿专业，主要从事采矿与岩石力学方面的研 究。
［收稿日期：２０１２－ １０－ ２４］
［1］ 史冬梅. 泥浆流变模型的判别方法［J］. 西部探矿工程, 2005（9）：141-142
［2］ 周娜娜，汤亚飞，梁震. 磷矿浮选尾矿水污染物释放的 实验［J］. 武汉工程大学学报，2011，33（3）
［3］ 敬小非. 尾矿坝溃坝泥石流流动特性及灾害防护措施 研究［D］. 重庆：重庆大学，2011
述其运动。在欧拉 － 欧拉模型中，常见的模型有三 种，分别为：流体体积模型（ＶＯＦ）、混合物模型以 及欧拉模型。经过验证，选用流体体积模型 （即 ＶＯＦ 模型）对尾矿坝溃坝泥砂流的运动过程进行 数值模拟比较合适［4-5］。
为了方便模型的建立，将实际情况进行了相 应的简化，比如沟谷的边坡角度都统一设置成一 个大致的平均值，模型高 １００ ｍ，库区模型尺寸为 １ ５００ ｍ×１ ４００ ｍ×１００ ｍ，整个下游流动沟槽长 度为 ７ ５００ ｍ。参照前面得到的尾矿物理力学性质 以及原始边界条件的初始化，开展溃坝泥砂流流 动的数值模拟。 3.1 溃坝后泥深变化规律