尾矿库溃坝模型设计及试验方法

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尾矿库溃坝模型设计及试验方法概要

尾矿库溃坝模型设计及试验方法概要

【重点关注】尾矿库溃坝模型设计及试验方法张红武,刘磊,卜海磊,钟德钰(清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京100084摘要:在简要回顾前人有关模拟方法研究成果的基础上,分析了尾矿库溃坝及其模型试验的特点,理清了设计思路,提出了模型相似条件,然后以预备试验为依托,通过模型尾沙选择与要求、模型制作、测验手段等环节的研究,进一步论述了尾矿库溃坝模型的设计方法与试验方法。

尾矿库溃坝模型设计应遵循水流重力相似、水流阻力相似、水流挟沙相似、尾沙悬移相似、河床变形相似及尾沙起动相似等条件;模型沙可选择容重适中、化学性质稳定的拟焦沙;模型试验的工作步骤:给出尾矿库最可能的溃坝方式及对下游影响最大的典型情况,确定尾矿库最终高程,选配合适的模型沙,设计溃坝模型,测出尾矿库溃坝坝址流量、水位过程线和冲沙率以及向下游的洪水演进情况,提出可行的下游保护方案、工程措施及综合防治对策,确定尾矿库最终堆积标高。

关键词:设计方法;模型试验;溃坝;尾矿库中图分类号:TD221;TV131.61文献标识码:A doi:10.3969/j.issn.1000-1379.2011.12.001Test and Design of Tailings Dam ModelZHANG Hong-wu,LIU Lei,BU Hai-lei,ZHONG De-yu(State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering Department of Hydraulic Engineering,Tsinghua University,Beijing100084,ChinaAbstract:Based on the model test,further discussions about the design method of the tailings dam failure model and the test method was presented in this paper through themodel selection,requirements and tailings model manufacture.This paper analyzed the characteristics and the model test of the tailing dam,and presented a model similar conditions based on the achievements of previous research about simulation method.The results show that:the design of the tailings dam should follow the laws of resistance similar,water sediment carrying capacity similar,tailings sediment similar,bed deformation similar and sediment incipient motion similar;the sediment of which the bulk density is light and the chemical stability is good can be chosen as the model sediment;the most ability dam-bursting mode,the biggest impact on downstream typical case,calculation of the eventually elevation of tailing dam,the discharge from the site of tailing dam,flood control level hydrograph and the flood routing are presented in the model experiment.Moreover,the feasible downstream protectionsolutions,comprehensive prevention and control measures are presented in this paper.Key words:design method;model test;dam break;tailing dam尾矿库是一种特殊的工业建筑物,是矿山企业最大的环境保护工程项目,同时也是具有高势能的人造泥石流危险源。

尾矿库溃坝模型探讨

尾矿库溃坝模型探讨
t d li o v ia l o mau e,u i g t e a lg r s,a c r ig t a d ld s,a l s d m— r a r a he mo e s n ta alb e t t r sn h nao wo k y c o dn ol n si e s wela a b e k a e s o h e e v i fe pe e c n e gn e n ft e r s r oro x r n e i n ie r g,a d mahe tc lmo es Afe h i i l rt s a d a ao is,a d i i n t ma ia d l t r te r smi i i n n lg e a e n
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

尾矿坝溃坝相似模拟试验研究

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。

尾矿库洪水漫顶溃坝模型试验研究

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。

溃坝模型试验研究综述

溃坝模型试验研究综述
溃坝模型试验研究综述
目录
01 摘要
03
溃坝模型试验研究现 状
02 引言
04
溃坝模型试验研究成 果
பைடு நூலகம்
目录
05 溃坝模型试验研究不 足
07 参考内容
06 结论
摘要
本次演示系统地回顾了溃坝模型试验在水利工程中的研究现状、研究成果与 不足之处。通过对多种溃坝模型试验方法的介绍和分析,总结了溃坝模型试验的 发展历程和改进趋势。此外,本次演示还提出了溃坝模型试验在水利工程中的重 要性及其未来发展的趋势。本次演示关键词:溃坝模型试验、水利工程、研究现 状、发展趋势。
参考内容
摘要:尾矿库溃坝是指尾矿库因各种原因发生崩溃,导致尾矿砂大量流失, 严重威胁下游人民生命财产安全。本次演示对尾矿库溃坝的研究进行综述,包括 溃坝的定义和原因,溃坝的危害和影响,溃坝的监测和预防,以及溃坝的事故案 例和分析。
引言:尾矿库是指选矿厂在选矿过程中产生的固体废弃物,经脱水后集中堆 放的场所。这些废弃物中含有大量重金属元素,对环境和人类健康具有潜在危害。 一旦尾矿库发生溃坝,尾矿砂大量流失,将会对下游环境造成严重破坏。因此, 尾矿库溃坝的研究具有重要的现实意义。
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(4)开展应急救援:一旦发生溃坝事故,应迅速启动应急救援预案,营救被 困人员,转移物资财产,减少灾害损失。
5、溃坝问题的应用前景和挑战
随着科学技术的发展,溃坝问题的应用前景十分广阔。例如,可以利用计算 机模拟技术对各种类型的溃坝进行模拟和预测,为实际工程提供参考。同时,可 以进一步开展溃坝机理、影响因素等方面的研究,为解决实际问题提供理论支撑。 然而,当前的研究仍面临着一些挑战,如如何提高模拟精度、如何综合协调各种 影响因素等。

连续降雨下尾矿库失稳溃坝数学模型研究与应用

连续降雨下尾矿库失稳溃坝数学模型研究与应用

连续降雨下尾矿库失稳溃坝数学模型研究与应用陈生水;邓曌;钟启明【摘要】针对连续降雨导致的尾矿库失稳溃决,基于饱和-非饱和渗流理论和水砂混合物非平衡连续方程和动量方程,建立了一个尾矿库边坡失稳溃坝数学模型。

该模型可考虑连续降雨条件下尾矿库的渗流场和应力场变化、溃口和底床变化对溃坝下泄物流量过程影响。

应用该模型对某尾矿库进行了连续降雨条件下失稳溃坝过程的模拟分析,计算结果表明:连续降雨入渗使尾矿库浸润线不断抬升,进而导致尾矿库边坡发生失稳,失稳后坝体受力条件急剧恶化,在上游荷载作用下发生剪切破坏导致漫顶溃决。

%Focused on the tailings dam breaching caused by continuous rainfall,and based on the saturated-unsaturated seepage theory,the non-equilibrium continuous equation and the momentum equation of water-sand mixture a mathematical model is put forward to describe the tailings dam breaching due to slope failure. The model considers the impact on drainage flow process of tailings dam due to the change of seepage and stress field,as well as the variation of breach slope and bed. Meanwhile,the model is applied to simulate the dam breaching process of a tailings dam under continuous rainfall,and the cal-culated results show that continuous rainfall infiltration makes seepage line of the dam constantly rising,and then leads to dam slope failure;The stress condition of dam body deteriorates rapidly after the collapse of slope,and the shear failure of the remai-ning wedge may occur under the action of upstream loads,after that the overtopping failure occurs.【期刊名称】《金属矿山》【年(卷),期】2016(000)010【总页数】6页(P165-170)【关键词】尾矿库;连续降雨;滑坡失稳;漫顶溃决;数值模拟【作者】陈生水;邓曌;钟启明【作者单位】南京水利科学研究院,江苏南京210024; 水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室,江苏南京210024;南京水利科学研究院,江苏南京210024;南京水利科学研究院,江苏南京210024; 水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室,江苏南京210024【正文语种】中文【中图分类】X936尾矿库作为矿山不可缺少的生产设施,其稳定性研究一直是矿山安全研究的重要内容[1]。

某钼矿尾矿库洪水溃坝模型试验研究

某钼矿尾矿库洪水溃坝模型试验研究

及其 速 率 、 与 外 界粘 接 面 的几 何 形状 等 因 土
素 的影 响 。

般 情况 下 , 由于尾 砂 的弹性 力很 小 , 变
1 洪 水 漫顶 试 验模 型 原 理
尾 矿 库溃 坝 过 程极 其 复 杂 , 矿 坝 模 型 尾 试 验 导 出的相 似 关 系 往 往 不相 容 , 因而 不 得
可 以放宽 , 只着 重集 积效果 相 似等 。 在研究 尾矿 坝 模 型 的 动 力 相 似 时 , 般 一 选择 主 要 作 用 力 进 行 分 析 。为 反 映 集 积 效 果 , 引入 宏 观 物理 量 来 说 明侵 蚀 现 象 。尾 可 砂侵 蚀所 受 的影 响 有 尾砂 重 力 、 砂 的 弹性 尾
力 ( 忽 略 ) 颗 粒 的惯 性 力 及 外 力 ( 蚀 动 可 、 侵 力) 。尾矿 坝模 型试 验 中的 原 型 和模 型 的 流
年来镇 安金 矿 、 汾 铁 矿 尾矿 库 溃 坝 的 主 因 襄
均属管 涌 和坝坡 失稳 。随着我 国安 全 生产监 督 管理 系统 的健 全 , 矿 库安 全 生 产 管 理 日 尾 趋规范, 大部 分 国 内正 规 矿 山尾 矿库 生产 管 理 安全 意识 得 到 了大 幅 提高 , 矿库 配备 了 尾 管理人 员 , 尾 矿库 进行 日常监 管 , 括浸润 对 包 线 、 体位移 等 , 坝 防止 并有 效地 减少 了 突发性 管涌和 坝体 滑 移 溃 坝 的 可 能性 。但 是 , 近年 来, 突发 性暴 雨 等灾 害气候 时有 发 生 , 其在 尤 我 国南 方 地 区 , 一些 尾 矿 库 由于 雨 季 出 现超 常洪水 、 体正 常运 行水位 过 高 、 坝 山洪 导致 排 洪构筑 物堵 塞 等 原 因 引起 洪 水 漫 顶 , 而 导 进 致 溃坝 , 1 8 如 9 5年 8月 2 5日湖 南 柿 竹 园有

尾矿库溃坝模型设计及试验方法概要

尾矿库溃坝模型设计及试验方法概要

【重点关注】尾矿库溃坝模型设计及试验方法张红武,刘磊,卜海磊,钟德钰(清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京100084摘要:在简要回顾前人有关模拟方法研究成果的基础上,分析了尾矿库溃坝及其模型试验的特点,理清了设计思路,提出了模型相似条件,然后以预备试验为依托,通过模型尾沙选择与要求、模型制作、测验手段等环节的研究,进一步论述了尾矿库溃坝模型的设计方法与试验方法。

尾矿库溃坝模型设计应遵循水流重力相似、水流阻力相似、水流挟沙相似、尾沙悬移相似、河床变形相似及尾沙起动相似等条件;模型沙可选择容重适中、化学性质稳定的拟焦沙;模型试验的工作步骤:给出尾矿库最可能的溃坝方式及对下游影响最大的典型情况,确定尾矿库最终高程,选配合适的模型沙,设计溃坝模型,测出尾矿库溃坝坝址流量、水位过程线和冲沙率以及向下游的洪水演进情况,提出可行的下游保护方案、工程措施及综合防治对策,确定尾矿库最终堆积标高。

关键词:设计方法;模型试验;溃坝;尾矿库中图分类号:TD221;TV131.61文献标识码:A doi:10.3969/j.issn.1000-1379.2011.12.001Test and Design of Tailings Dam ModelZHANG Hong-wu,LIU Lei,BU Hai-lei,ZHONG De-yu(State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering Department of Hydraulic Engineering,Tsinghua University,Beijing100084,ChinaAbstract:Based on the model test,further discussions about the design method of the tailings dam failure model and the test method was presented in this paper through themodel selection,requirements and tailings model manufacture.This paper analyzed the characteristics and the model test of the tailing dam,and presented a model similar conditions based on the achievements of previous research about simulation method.The results show that:the design of the tailings dam should follow the laws of resistance similar,water sediment carrying capacity similar,tailings sediment similar,bed deformation similar and sediment incipient motion similar;the sediment of which the bulk density is light and the chemical stability is good can be chosen as the model sediment;the most ability dam-bursting mode,the biggest impact on downstream typical case,calculation of the eventually elevation of tailing dam,the discharge from the site of tailing dam,flood control level hydrograph and the flood routing are presented in the model experiment.Moreover,the feasible downstream protectionsolutions,comprehensive prevention and control measures are presented in this paper.Key words:design method;model test;dam break;tailing dam尾矿库是一种特殊的工业建筑物,是矿山企业最大的环境保护工程项目,同时也是具有高势能的人造泥石流危险源。

尾矿库溃坝模型设计及试验方法

尾矿库溃坝模型设计及试验方法


要 : 简要 回顾前 人有关模拟方法研 究成果的基础上 , 在 分析 了 尾矿 库渍坝及 其模 型试验的特点 , 清 了设计思路 , 理 提
出了模型相似 条件 , 然后 以预备试验 为依托 , 通过模型尾 沙选择 与要求 、 型制作 、 模 测验手段 等环 节的研 究, 进一 步论 述
了尾 矿 库 溃 坝 模 型 的设 计 方 法 与 试 验 方 法 。尾 矿 库 溃 坝 模 型 设 计 应 遵 循 水 流 重 力 相 似 、 流 阻 力 相 似 、 流挟 沙相 似 、 水 水
Te ta sg f Ta l s Da M o l s nd De i n o i ng m i de
ZHANG n WH,LI L , BU ili Ho g・ U ei Ha ・e ,ZHONG -u De y
( tt e aoaoyo y rse ea dE gne n eatetfH dal E gnen ,Ti h aU i rt, e n 10 8 SaeKyL brt r fH do i n n ier gDp r n yru c n i r g s g u nv sy B l g 0 04,C ia en e i m o i e i n ei i t hn )
smi r e eomain smi ra ds dme ticpin t n smi r h e i n hc h ukd niyi l h d tec e c lsa ii s i l ,b d d fr t o i l n e i n n i e tmoi i l ;tesdme to w ihteb l e s s i t a a o a f t g a h h mia t lt i n b y g o a e c oe stemo e e i n ;te mota it a b rt gmo e,tebg eti a to o sra tpclc s o d c n b h s n a h d lsd me t h s blyd m— usi d i n h ig s mp c n d wn t m y ia ae,c c lt no e e l a uai ft o h e e tal lv t no in a ,tedsh g rm h i ftin a ,fo dc nrllv l y rga ha d tef dmuigaep ee td i v nu yee ai ft l gd m l o ai h ic a efo test o l gd m l o o t e e do rp n h o t rs ne n r e ai o h l n r

尾矿库溃坝物理模型试验

尾矿库溃坝物理模型试验
2.2 试验材料
采用原型尾矿库的尾矿砂作为此次模型试验的模拟材料,经 过实验得到其颗粒级配,如图 1所示。
$%&"#'!()**+
!"#
!##
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基承载力较为富余,进行了地基变形验算,沉降差控制在 15mm 震设计的读者可根据本文得到一些启发。
以内。
参考文献:
因未参与隔震,地基基础抗震设计仍按照原抗震设防烈度 [1] GB50010—2010,建筑抗震设计规范(2016年版)[S].
8度 0.20g进行,设计方法同一般抗震建筑,此处不再赘述。
收稿日期:20180626 作者简介:胡 虎(1977),男,工程师
第20441卷8第年 284期月 胡 虎:尾矿库溃坝物理模型试验
·41·
2.3 试验仪器
在溃坝后期,溃口宽度达到最大,尾矿库内形成冲沟,库水及
1)PIV表面流速分析系统。在实验过程中仅仅采用传统的流 尾砂主要汇聚进入冲沟,然后经溃口进行下泄。由于在溃坝后期
[2] 薛彦涛,常兆中,高 杰.隔 震 建 筑 设 计 指 南 [M].北 京:中
3 结语
国建筑工业出版社,2016:246.
Onseismicisolationstructuraldesignofsomehospital
SunZhaoyang (ChinaIpprInternationalEngineeringCo.,Ltd,Beijing100089,China) Abstract:Thepaperindicatestheprimarydesignfortheseismicisolationofsomeproject,constitutesthedesignideasforthenationalregulations andrelatedbooks,setsupthecalculationmodeladheringtothefacts,andachievestheprimarydesigndepthwiththecalculationresults,soas toprovidesomereferencefortheseismicisolationdesign. Keywords:seismicisolation,horizontalseismicreductioncoefficient,structuraldesign

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

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。

尾矿库边坡时变分析模型及其应用

尾矿库边坡时变分析模型及其应用

尾矿库边坡时变分析模型及其应用矿产资源是国家与社会发展和进步的重要支撑力量,尾矿库边坡的稳定性直接影响到整个尾矿库的正常运行。

通常情况下,尾矿库边坡的稳定性通常都是以的单一的安全系数作为边坡稳定性的评估标准,这种单一的指标无法充分反映出外界条件变化过程当中尾矿库边坡稳定性演变的整个过程。

标签:尾矿库;降雨;安全系数;时变分析尾矿库是尾矿和澄清水的重要储存设施,能够起到环保和安全的作用,同时也具有一定的危险性,一旦出现溃坝,则会造成泥石流,对工作人员以及周边的居民的生命财产安全造成极大的威胁,这种情况通常都是由于尾矿库边坡出现失稳所导致,而尾矿库边坡失稳通常都和降雨有关,由于洪水导致尾矿库发生的事故超过事故总量的百分之五十。

1、尾矿库边坡时变分析模型的建立过程通常情况之下,尾矿库边坡时变模型建立的过程和一般边坡数值分析模型的建立过程比较相似,但是在进行边界条件设定之时对边界条件随时间变化的情况进行了一系列的考虑,同时也对边界条件在各个时段的安全系数进行计算,从而为边坡稳定性发展变化的分析提供了有效的依据。

1.1 边坡土层情况在模型建立的过程当中,应当以现场地质的实际情况作为依据,尾矿库库内岩土层总共分为六层,首先是素填土,呈黑色,密度与含水量较大,主要是由少量的碎石等硬杂质和坡残积粘性土组成;第二层为杂填土,呈黑色,质地较为松软,含水量较大。

第三层是尾粉砂,呈灰色,密度大,含有一定的泥沙,水分较少;第四层为尾粉土,颜色为灰色,密实程度高,含水量大;第五层是含角砾粉土,呈砖红色,砾石浓度大约占百分之三十,上面覆盖耕植土,厚度在二十至三十厘米之间;第六层是强风化变质粉砂岩,同为砖红色。

1.2 时变边界条件的确定一般通过对降雨入渗和库水位变动以及两种因素相结合的条件下尾矿库安全系数随时间变化的情况进行分析和研究。

首先对降雨入渗边界进行分析,并考虑雨型的不同对边坡稳定性的影响,有关专家也曾对此展开分析和研究,假设日降雨量位一百二十毫米,安全系数的变化情况如图所示:在库水位变动边界方面,需要对水位高度、水位的上涨和下降高度,以及上涨和下降速度的组合条件等方面对安全系数进行研究,通常情况下,可以将其分为三种类型,具体的情况如下图所示:对降雨与库水位耦合条件边界对安全系数的影响进行探究,应当对当地的洪水资料、排水系统参数以及尾矿库流域的有关参数进行分析和整理,并以此为依据,通过简化推理公式对洪峰的流量进行计算,计算结果如下图所示:2、计算结果和分析2.1降雨强度的影响经历降雨六个小时之后,在雨量超过五毫米每小时的情况下,边坡系数减少的速度基本相同,由此可知,长时间的降雨,无论强度大小,都会对边坡的稳定性造成明显的影响。

探究尾矿库溃坝风险指标体系及风险评价模型

探究尾矿库溃坝风险指标体系及风险评价模型

探究尾矿库溃坝风险指标体系及风险评价模型作者:王铁军来源:《科技与企业》2015年第05期【摘要】文章结合尾矿库溃坝事故的实际特点,重点分析尾矿库溃坝风险的相关影响指标,并构建了对应的指标评价体系,在此基础之上根据危险指标构建了对应的风险评价模型,通过实例证实了该模型的可行性,值得引起重视。

【关键词】尾矿库;溃坝;风险评价;指标;模型建立评价指标是对具体问题进行研究与分析的基础、关键所在,同时也会对评价结果的准确性产生直接且深入的影响。

在选择尾矿库溃坝风险相关指标的过程当中,必须确保所有的评价指标与尾矿坝的正常工作系统特征以及基本情况密切相关,以系统存在的危险状态为目标。

从这一角度上来说,评价指标的建立对评价过程有着至关重要的影响。

当然,评价指标设置过多会造成评价指标结构过于复杂,一定程度上增加评价的难度,评价指标设置过少则可能导致关键性的影响因素被掩盖,难以全面且真实的反应评价对象的可观情况。

因此,在对尾矿库溃坝事故的危险性因素进行评估期间,风险指标体系的构建是非常重要的问题,根据风险评价指标,才能够指导风险评价模型的建设,以更加真实与可观的反应尾矿库发生溃坝事件的可能性,从而做到有备无患。

1、尾矿库溃坝风险指标体系分析从尾矿库潜在溃坝风险的角度上来说,在构建评价指标体系的过程中,需要把握以下几个方面的基本原则:第一,系统性原则,即要求评价指标体系能够系统全面的反应被评价对象的整体情况,确保评价结果的高度可信;第二,客观性原则,即要求评价指标体系不受主观意愿的影响,同时广泛征集环境、社会等各方意见;第三,实效性原则,即要求评价指标体系能够根据社会价值观念的发展趋势做出相应的调整。

根据以上原则,在针对尾矿库溃坝风险构建评价指标体系的过程中,可选择指标有以下几个方面:1)防洪标准:该评价指标所指的是防洪保护对象要求达到的对洪水防御能力的标准。

通常来说,该指标的设计需要以某一重现期区间内的设计洪水作为参照标准,当然也可以参照实际洪水作为防洪设计标准;2)排洪设施能力系数:在对尾矿库溃坝风险进行评估的过程当中,需要从设计角度入手对防洪设施的排洪能力进行分析,根据排洪设施设计能力的异常情况来计算对应的能力系数,并划分相应的等级;3)滩顶与库水位高差:该评价指标所指的是对尾矿库在运行过程当中的现状是否能够满足最小安全超高以及最小干滩长度的要求进行评估。

溃坝模拟试验的技术操作

溃坝模拟试验的技术操作

溃坝模拟试验的技术操作【文章标题】:溃坝模拟试验的技术操作【引言】:溃坝是指水坝结构发生破裂或决口,导致大量水体突然释放出来,形成巨大洪水的现象。

溃坝模拟试验作为水利工程安全评估中的一种重要手段,可以帮助工程师们更好地了解溃坝的过程与影响,从而优化设计、改进安全措施。

本文将介绍溃坝模拟试验的技术操作,并分享对这一主题的观点和理解。

【正文】:1. 溃坝模拟试验介绍溃坝模拟试验是通过对模拟坝体进行一系列负载试验和模拟水头变化试验,来模拟真实溃坝事故的发生、发展与演变过程。

它可以揭示溃坝的机理、判断溃坝危险性、评估溃坝后对下游区域的影响等,对确保水利工程安全具有重要意义。

2. 溃坝模拟试验的技术操作步骤2.1 试验前准备在进行溃坝模拟试验之前,需要进行详细的试验计划制定和试验设备准备工作,包括确定试验目标、选择试验模型、搭建试验装置等。

还需制定试验方案、确定数据采集点和监控点位,以保证试验的顺利进行。

2.2 坝体载荷试验坝体载荷试验是溃坝模拟试验的关键环节之一,主要通过加荷试验来模拟坝体受力状态。

试验可以按照一定的顺序进行不同部位的坝体负载试验,包括坝顶负载试验、坝坡负载试验、坝底负载试验等。

通过监测和分析荷载变化,获取坝体的应力-应变关系,为后续试验提供基础数据。

2.3 水头变化试验水头变化试验是溃坝模拟试验中另一个重要环节,主要通过改变入闸流量或改变尾水位等途径,模拟真实溃坝时水头的变化情况。

试验中需要准确控制试验条件,并同步记录下游的水位、流量等数据。

通过分析入闸流量和尾水位变化对坝体的影响,可以更好地研究溃坝的过程和机理。

2.4 溃坝后径流试验溃坝后径流试验是模拟溃坝后洪水流动过程的关键环节,通过释放坝体的水位和流量,记录和分析洪水冲击下游区域的洪水过程和特点。

试验中需要准确测量洪水波动参数、记录洪水水位和流量等数据,并借助数值模拟和实测数据分析,进一步研究溃坝对下游区域的影响。

3. 观点和理解3.1 溃坝模拟试验能够全面了解溃坝的过程与影响,为水利工程安全评估提供有价值的参考依据。

尾矿坝影响试验设计方案

尾矿坝影响试验设计方案

设计方案一、题目尾矿坝影响试验二、问题的提出尾矿库是一种特殊的工业建筑,也是一座人工建造的具有高势能泥石流的巨大危险源,因其存在溃坝危险,是矿山安全的头等问题。

根据世界大坝委员会(ICOLD)的统计分析,自二十世纪初以来,已经发生的各类尾矿库事故不少于200例。

到目前为止,世界上正在使用的各类尾矿库超过2×105座,且部分存在较大的安全隐患。

由于地震导致尾矿坝失稳而发生的灾难性事故不胜枚举。

因此运用专业有限元软件,分析地震作用下的透镜体对尾矿坝的安全系数,显得尤为重要。

三、实验假设与理论依据1.实验假设该实验以云南省秧田菁尾矿库为研究对象,通过相似模型试验,基于专业有限元软件SLIDE,建立尾矿坝有限元计算,对地震作用下的透镜体对尾矿坝稳定性的影响进行研究,在此基础上提出改善尾矿坝稳定性的相应措施,为矿山企业的正常运营提供科学依据。

2.实验理论依据云南省位于世界地震带范围的地中海与喜马拉雅地震带上,发生地震概率很高,透镜体的存在对地震有很明显的放大作用,放大作用可达26.4%;并且由于透镜体对入射波的散射,会产生竖向加速度,且竖向加速度的高频成分相对较多。

而透镜体对尾矿坝的影响更大。

四、实验目标根据尾矿坝特定工况条件,通过相似模型试验,模拟地震波动作用下透镜体震动对尾矿坝稳定性影响试验,采用溃坝风险分析、稳定性分析等多种方法,研究在震动波作用下的透镜体对尾矿坝稳定性问题,确定影响尾矿坝安全的主要因素,判明在不同工况条件下尾矿坝稳定性的安全边界条件,并在此基础上提出改善尾矿坝稳定性措施,保证矿山安全生产。

五、实验对象、方法1.实验对象振动台下的透镜体透镜体作用下的尾矿坝2.试验方法通过相似模型试验,模拟振动波作用下的透镜体对尾矿坝的影响向,基于专业有限元软件SLIDE,建立尾矿坝有限元计算模型,分析其影响。

六、实验原则实验过程坚持求真务实、实事求是的原则,坚决杜绝实验作假,编造实验数据。

对尾矿库进行溃坝模拟分析

对尾矿库进行溃坝模拟分析

第2章尾矿库溃坝模拟分析太钢集团矿业分公司峨口铁矿牛圈沟第一尾矿库项目位于位于王家河选矿厂东南1.5km的牛圈沟内中上游段,上游与小南坪村相邻。

该沟全长6500m,沟底纵坡10.4%,是一条V型沟谷,汇水面积13.4km2,常年流水不断,汇入峨河。

牛圈沟两岸山高地陡,植被差,汇流时间很短。

在牛圈沟内并存有两个尾矿库:第一尾矿库(简称一尾)和第二尾矿库(简称二尾)。

二尾已实施闭库。

二尾下游沟口右侧约100m 是甘泉村,村民约230人,在牛圈沟下游峨河的两岸分布着一些村屯和峨口铁矿的一些工业和附属设施,它们分别是:2.3km的大保村和大保小学;4.0km的峨矿的油库;4.6km的峨口铁矿;6.5km的中国棋院希望小学,8.4km的安头村;10.0km的水峪村等。

另外繁(峙)五(台)公路穿行在峨河两岸。

由于自然条件和环境等方面的复杂性和特殊性,尾矿库作为一座人工形成的高位泥石流危险源,一旦发生溃坝事故,它所造成的人员伤亡、环境污染及经济损失是非常严重的。

为确实保障下游村民的生命、财产安全不受损失,有必要对尾矿库溃坝模型及溃坝波及影响范围进行事故模拟预测,尾矿坝的溃坝模型、预测溃坝参数对尾矿坝溃坝事故早期预警、下游人员安全疏散可提供重要决策依据,对尾矿库防灾减灾和保护库区下游人民的生命财产安全具有非常重要的意义。

2.1 溃坝分析模型溃坝数学模型的构成:(1)基本假定(2)尾矿堤溃坝砂流的数字方程式(3)定解条件2.1.1 基本假定尾矿库溃坝后尾矿下泄引起的砂流本质上属于泥石流,而泥石流等引起的土体流动可以假定为介于“流体”和“散粒体”之间的一种特殊的运动形式,可以用类似流体流动的动力方程和连续方程来描述。

因此,该模型采用的基本假定如下:1.尾矿是各向同性的连续介质体。

2.计算中值考虑偏引力张量所引起的变形,不考虑各向等压的应力状态及其相应的体积变形。

3.尾矿的流动符合宾汉流动模式。

2.1.2 数字方程式1.基本方程0=∂∂+∂∂+∂∂yvh x uh t z (2.1) h y h x h h hc v u u g x z g y u v x u u t u svx xx ρτττρ-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂⨯++-=∂∂+∂∂+∂∂+∂∂1222 (2.2)hy h x h h h c v u v g y z g y v v x v u t v s vy xv ρτττρ-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂⨯++-=∂∂+∂∂+∂∂+∂∂1222 (2.3) 式中,z ——砂流自由表面高程; h ——砂流深度;u ,v ——x ,y 方向的流速分量;g ——重力加速度; ρ——砂流的密度; c ——谢才系数;yy xy xx τττ,,——沿z 方向平均的平面偏应力分量;s τ——流变极限。

尾矿库闭库设计方案

尾矿库闭库设计方案

尾矿库闭库设计方案第一章概述1.1 设计依据1.1.1 设计依据的法律、法规和文件(1)《中华人民共和国安全生产法》(2002.11.01 );(2)《中华人民共和国矿山安全法》(1993.05.01 );(3)《中华人民共和国环境保护法》(1989.12.26 );(4)《安全生产许可证条例》(国务院第397 号令)(2004.1.13 );(5)《河南省安全生产条例》(2004.08.01 )。

(6)《尾矿库安全监督管理规定》(国家安全生产监督管理总局令第6号令,2006.06.01 );(7)《防止尾矿污染环境管理规定》(国家环保护局令第11 号、1992.8.17 )。

(8)《尾矿库闭库安全监督管理规定》(安监管管一字[2003]112 号,2003.07.31 )1.1.2 设计依据的主要技术标准(1)《尾矿库安全技术规程》(AQ2006-2005);(2)《选矿厂尾矿设施设计规范》(ZBJ1-90);(3)《污水综合排放标准》(GB8978—1996);(4)《一般工业固体废物储存、处置场污染控制标准》(GB 18599-2001);(5)《河南省暴雨参数图集》(河南省水文水资源局编制、2005.12);(6)《河南省中小流域设计暴雨洪水图集》(河南省水利勘测设计院,1984.10 )。

1.1.3设计依据的甲方提供的相关资料(1)设计委托书;(2)实测的XXX)尾矿库现状平面图1:2000及地形图1:10000;(3)《汝阳县安全生产监督管理局XXXX S矿库安全现状评价报告》(河南黄金科技实业公司,2008.12 );(4)《XXXX1矿库岩土工程勘察报告》(河南日盛工程勘察有限公司);(5)设计收集的其他现场资料。

1.2尾矿库简介表1-1 XXXX尾矿库简介表1.3设计内容和范围根据设计委托书的要求,按照国家尾矿库设计及管理方面的相关法律、法规以及设计标准,结合现场勘察及有关资料,我们对设计范围内的尾矿库闭库工程进行初步设计。

尾矿库溃坝泥石流相似模拟试验台设计及验证

尾矿库溃坝泥石流相似模拟试验台设计及验证
中 图分 类 号 : X 9 3 6 文献 标 志 码 : A d o i :1 0 . 1 1 7 3 1 / j . i s s n . 1 6 7 3 — 1 9 3 x . 2 0 1 7 . 0 7 . 0 0 4
De s i g n a nd v e r i ic f a t i o n o f s i mi l a r s i mu l a t i o n t e s t be d f o r d e b r i s lo f w du e t o da m b r e a k o f t a i l i n g s p o nd
文 章 编 号 :1 6 7 3 —1 9 3 X( 2 0 1 7 )一 0 7— 0 0 2 4— 0 6
尾 矿 库 溃 坝 泥 石 流 相似 模 拟 试 验 台设 计 及 验证
敬小非 , 潘 昌树 , 谢 丹 , 龚秀兰 , 张 小 顺
( 重 庆 科 技 学 院 安 全 工程 学 院 , 重庆 4 0 1 3 3 1 )
第 l 3卷 第 7期
2 0 1 7 年 7 月
中 国 安 全 生 产 科 学 技 术
J o u r na l o f S a f e t y S c i e nc e a n d Te c hn o l o g y
V0 1 .1 3 No . 7
J u 1 .201 7
Abs t r a c t :Th e d e b r i s lo f w i s a k i n d o f g e o l o g i c a l h a z a r d wi t h t h e h u g e d e s t r u c t i v e f o r c e,a n d t h e d e b r i s l f o w d u e t o t h e d a m b r e a k o f t a i l i n g s p o n d c a n c a u s e s e r i o u s e n v i r o n me n t a l p o l l u t i o n b e s i de s t h e h u g e d e s t r u c t i v e f o r c e,S O i t i s n e c e s s a r y t o d e — s i g n a s i mi l a r s i mu l a t i o n t e s t b e d f o r d e b r i s lo f w t o s t u d y t h e e v o l u t i o n p r o c e s s o f i t s lo f w r e g i me .T h e s i mi l a r s i mu l a t i o n t e s t
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尾矿库是一种特殊的工业建筑物,是矿山企业最大的环境 保护工程项目,同时也是具有高势能的人造泥石流危险源。我 国为世界矿业大国,已建尾矿库约 5 000 座( 全世界约有 20 万 座) ,总库容约为 50 亿 m3 ,堆贮尾矿约 55 亿 t[1]。我国尾矿库 数量之多、库容之大、坝体之高在世界上都是少见的,更严重的 是,目前全国尾矿库中非正常库比例高达 45% ,且半数以上尾 矿库是由没有专业资质的设计单位设计的,大都存在溃坝的风 险[2]。尾矿坝的溃决会带来巨大的人员伤亡和财产损失,并产 生严重的环境污染,是矿山安全的头等问题。如 2008 年 9 月, 山西襄汾新塔集团尾矿库出现的特大尾矿库溃坝事故,淹没土 地 35. 9 hm2 ,造成 276 人死亡,直接经济损失近亿元,引起社会 广泛关注,此后全国各省( 区、市) 安全生产监督管理局都提高 了下游有居民住宅和重要设施的尾矿库安全生产许可的准入
中图分类号: TD221; TV131. 61
文献标识码:A
doi:10. 3969 / j. issn. 1000-1379. 2011. 12. 001
Test and Design of Tailings Dam Model
ZHANG Hong-wu,LIU Lei,BU Hai-lei,ZHONG De-yu
第 33 卷第 12 期 2011 年 12 月
【重点关注】
人民黄河 YELLOW RIVER
Vol. 33,No. 12 Dec. ,2011
尾矿库溃坝模型设计及试验方法
张红武,刘 磊,卜海磊,钟德钰
( 清华大学 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京 100084 )
摘 要:在简要回顾前人有关模拟方法研究成果的基础上,分析了尾矿库溃坝及其模型试验的特点,理清了设计思路,提
出了模型相似条件,然后以预备试验为依托,通过模型尾沙选择与要求、模型制作、测验手段等环节的研究,进一步论述
了尾矿库溃坝模型的设计方法与试验方法。尾矿库溃坝模型设计应遵循水流重力相似、水流阻力相似、水流挟沙相似、
尾沙悬移相似、河床变形相似及尾沙起动相似等条件; 模型沙可选择容重适中、化学性质稳定的拟焦沙; 模型试验的工作
上难以给出可靠的溃决模式[3],且一般情况下尾矿库及其下游 沟道的边界条件都相当复杂,用解析法定量分析十分困难,完 全从理论上给出的工程设计与计算成果很难符合实际。而利 用试验手段,又缺乏尾矿库溃坝模型相似律。为使工程论证与 模拟研究接近实际,并使解决该类工程问题时( 包括堰塞湖溃 决等) 能按照较为可靠的研究方法,定量掌握尾矿库坝体的溃 决过程及其对下游的影响程度,必须在模拟方法上有所突破。 为此,近几年笔者在开展栾川三强钼钨寺院沟尾矿库溃坝模型 等试验的过程中,对溃坝模拟方法进行了探讨。本文在简要回 顾前人成果的基础上,尾矿库溃坝模型设计及试验方法。
步骤: 给出尾矿库最可能的溃坝方式及对下游影响最大的典型情况,确定尾矿库最终高程,选配合适的模型沙,设计溃坝
模型,测出尾矿库溃坝坝址流量、水位过程线和冲沙率以及向下游的洪水演进情况,提出可行的下游保护方案、工程措施
及综合防治对策,确定尾矿库最终堆积标高。
关 键 词: 设计方法; 模型试验; 溃坝; 尾矿库
·2·
初始含水量同原型相近,且模型降水强度必须大于模型沙相应 的临界雨强; ③降水历时遵循重力相似条件; ④为保证沟道坝 系地貌演变相似,模型降水产沙关系要与原型相对应,应满足 产沙相似条件。为检验该方法的合理性,曾利用两个不同几何 比尺的模型进行了验证试验[10 - 12]。“5·12”汶川地震之后,为 预测唐家山堰塞湖、肖家桥堰塞湖溃坝最大流量,张红武等首 次用模型试验方法,利用现有条件快速制作模型,开展了堰塞 湖溢流槽冲刷发育与泄流过程试验[8],不仅较好地模拟出了溃 坝最大流量,而且还预测出了堰塞体溃决后的影响状态。该课 题组目前正在通过模型试验,建立高危尾矿坝溃坝几何参数同 下游影响参数的关系,这对溃坝灾害的评估和防治有着重要的 现实意义,同时对尾矿库溃坝研究也颇有参考价值。
堰塞湖溃决同尾矿库溃坝相近之处较多,王光谦、钟德钰、 张红武等针对唐家山堰塞湖特定的泄流动力学过程,开发了平 面二维水沙数学模型,扩展了基本方程,考虑了堰塞体形成的 河床变形对水流运动的影响,提出了高精度且高效率的边界跟 踪算法,分析了堰塞湖泄流过程以及堰塞体冲刷发展的机制。 结果表明,河床变形对泄流影响较大,堰塞体以溯源冲刷为主, 计算得到的泄流流量、堰塞湖水位与实际观测值较为接近[7]。
门槛。对于下游有居民住宅和重要设施的尾矿库,为保护群众 生命财产及重要建筑物的安全,需要研究尾矿库溃坝的淹没范 围和对下游的影响程度。
鉴于在尾矿库设计与建设中,诸如尾矿库总体布局、溃坝 对下游的影响等关键技术问题,长期缺乏系统、深入的研究,急 需借助能够检验不同方案优劣的科学研究手段来提高工程论 证水平。尤其不同的尾矿库坝体结构、物质组成差异很大,溃 决机理十分复杂,溃决过程在机理方面很不清晰,完全从理论
( State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering Department of Hydraulic Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China)
Abstract: Based on the model test,further discussions about the design method of the tailings dam failure model and the test method was presented in this paper through the model selection,requirements and tailings model manufacture. This paper analyzed the characteristics and the model test of the tailing dam,and presented a model similar conditions based on the achievements of previous research about simulation method. The results show that: the design of the tailings dam should follow the laws of resistance similar,water sediment carrying capacity similar,tailings sediment similar,bed deformation similar and sediment incipient motion similar; the sediment of which the bulk density is light and the chemical stability is good can be chosen as the model sediment; the most ability dam-bursting mode,the biggest impact on downstream typical case,calculation of the eventually elevation of tailing dam,the discharge from the site of tailing dam,flood control level hydrograph and the flood routing are presented in the model experiment. Moreover,the feasible downstream protection solutions,comprehensive prevention and control measures are presented in this paper. Key words: design method; model test; dam break; tailing dam
1 尾矿库溃坝模拟方法研究现状
在数值模拟方面,早期一些学者参考一般水力溃坝模型进 行了尾矿库溃坝模拟计算。不过,尾矿库的溃坝实际同散粒体 土坝溃决及堰塞湖溃坝情况相近,同一般水力溃坝差异很大。 因而后来较多学者根据多个尾矿坝的实际溃决资料,参考水力 溃坝模型,考虑尾矿的物理力学性质及其在流动中的变形,建 立尾矿坝溃坝的数学模型,就尾矿坝溃坝后泥石流对坝下游的 影响进行预测[4 - 5]。如袁兵等[5]为开展数值计算,根据多个大 坝的实际溃决资料,建立了尾矿坝溃坝的数学模型,提出了尾 矿坝溃坝后泥石流对下游影响的预测方法; 陈国芳等分析尾矿 库溃坝事故发生的机制及可能造成的人员伤亡后,提出了避免 事故的对策; 朱勇辉等[6]建立了土坝溃决模型。有些文献还介 绍了国外学者的研究成就。如 G E Blight 研究了南非 5 座环形 尾矿坝溃坝情况,得出了尾沙流的运移距离和地表的干湿状态 有关的结论; S Moxon 研究了西班牙南部 Los Frailes 矿尾矿坝 发生的事故,提出了预防溃坝的方法; M Rico 等通过收集尾矿 坝溃坝事故的资料,并通过归纳总结,建立了尾矿坝坝高、库容 等参数同因溃坝产生的尾沙流体特性之间的关系,尤其给出了 尾矿坝总库容与溢出尾矿量以及溢流量与潜在下游最大流动 距离之间的关系。
在模型试验方面,严格的尾矿库溃坝比尺模拟试验鲜见报 道,现有的河工模型、洪水溃坝模型、滑坡涌浪模型的模拟方法 尚难直接应用到尾矿库溃决模型之中。因溃决后的水沙流动 同沟道高含沙洪水及淤地坝溃坝状况有相近之处,故相关模拟 方法可供借鉴。清华大学黄河研究中心 2000 年曾以黄土作为 模型沙,在大比降水槽中开展了沟道发育及淤地坝溃坝模型试 验,并采用拟焦沙作为小流域的模型沙,通过降水模拟开展了 自然侵 蚀 与 工 程 治 理 后 的 效 果 比 较 试 验[8]。此 后,张 红 武 等[9 - 10]进一步提出土壤侵蚀及沟道坝系的半比尺模型设计方 法: ①按照几何相似条件,要求初始地貌与原型相似; ②为保证 侵蚀形态的相似性,下垫面需要采用模型沙制作裸地模型,其
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