尾矿库溃坝风险与影响程度分析

尾矿库一旦溃决将造成巨大损失。文中针对徐家河南芬尾矿库的示例,开展了尾矿库溃坝计算,深入分析了坝体溃决宽度、溃决流量及沿程演进等指标。建立溃坝风险度评价模型,进行了尾矿库溃坝后果影响程度评价。通过坝址下游河段纵横断面测量和调查,分析河道各种频率下组合洪峰流量、相应水位及淹没范围,并对尾矿库漫顶溃决所造成的灾害进行风险评估。成果将对尾矿库安全运行及尾矿库下游受威胁地区的人民生命财产转移提供科学依据。     

尾矿库坝体溃决演进规律的模型试验研究

本文结合实际工程,在自主研发的尾矿库模型试验平台上完成了尾矿库模型的搭建,进行了由于坝体排渗系统失效致使浸润线持续升高而诱发的尾矿库溃坝模型试验。利用坝体位移跟踪测量系统对尾矿库坝体溃决的演进过程进行了观测,总结了整个试验过程中的溃决模式及破坏形式。结果表明,坝体整体呈逆流牵引型溃决模式,溃决破坏形式大致经历三个阶段:坝面沼泽化诱发张拉裂缝、流土与局部塌落、较大范围崩塌与滑坡,其中前两个阶段是崩塌与滑坡的诱发阶段。在流土破坏出现前会出现堆积坝局部渗水、坝体裂缝等现象,此时若采取有效措施迅速降低浸润线,可避免发生大范围流土破坏。崩塌与滑坡过程溃决量大、持续时间短,一般难以防范。将模型试验结果与数值模拟结果和尾矿库溃坝原型资料对比,三者吻合良好。本文提出的模型试验方法可以预测尾矿库溃坝过程以及对尾矿库溃坝事故进行反演分析。     

基于FLOW-3D的尾矿库数值模拟对下游影响研究

为研究尾矿库溃坝后对下游村庄的影响,通过对比采取工程措施前后监测点水位及通过断面的流量流速变化,分析采取工程措施的有效性及必要性.本文以某实际尾矿库为例,通过FLOW-3D软件进行三维数值模拟,建立了尾矿库及其下游3km范围内的实体地形及房屋和村庄三维数值模型,对尾矿库逐渐溃坝的动态过程进行了模拟计算;并在原尾矿库模型...     

基于BIM+GIS技术的前坪水库溃坝洪水数值模拟

为确保水库汛期防洪及水库下游人民生命财产安全,以河南省汝阳县前坪水库为例,基于库区高精度地形图和DEM,采用BIM技术、GIS技术结合MIKE软件建立水库溃坝一维、二维耦合数值模型,模拟水库大坝在5 000 a一遇校核洪水位下溃坝及洪水下泄过程,计算水库溃口流量过程及溃决后洪水在下游的演进过程,获得水库下游淹没区范围、淹没区流态等洪水风险信息。结果表明:大坝溃口流量过程与经验公式计算结果较吻合,数值模型可有效模拟溃坝后洪水下游演进风险特征,计算结果较为合理,三维洪水演进过程直观准确。     

土石坝漫顶破坏溃口发展数值模型研究

我国已溃决土石坝中由于漫顶破坏而造成的比例高达50%以上,因此,开展土石坝漫顶溃决机理和溃口发展过程研究,正确预测溃口流量过程线及溃坝致灾后果很有必要.本文首先根据现场溃坝调查资料和大型溃坝试验结果,研究分析了土石坝的溃决机理和溃决过程,在此基础上提出了一个描述土石坝漫顶破坏溃口发展过程的数值模型.该模型采用高速水流泥沙输移公式来计算溃坝水流对溃口纵横向的连续冲蚀;采用溃口边坡稳定性分析来模拟边坡失稳坍塌所引起的间歇性横向扩展;通过楔块体力的平衡计算来模拟坝体突发性崩塌所引起的溃口增大现象;通过下游坝体冲槽和坝顶溃口流量平衡来建立两者发展过程的相互影响.最后利用该模型计算分析了板桥水库土石坝发生漫顶溃决的溃口发展过程及溃口流量过程线,模拟结果与实测资料基本一致,从而证实了该模型的合理性.     

坝体溃决过程与溃坝洪水演进耦合数值模拟

研究坝体的溃决过程与溃坝洪水演进对于处置由溃坝引起的洪水灾害、提升水利安全具有重要的意义。鉴于目前大多模型均将坝体溃决过程与溃坝洪水演进分别进行模拟,不能反映土体与水流相互耦合的特点,模拟结果精度有限。基于对土体有限抗冲能力的考虑,选取双曲线型冲蚀速率表达式描述坝体冲蚀、采用简化Bishop法搜索临界滑裂面描述溃口边坡坍塌和具有总变差不增特性的MacCormack有限体积法离散控制方程,建立了坝体溃决过程与溃坝洪水演进耦合的平面二维数值模型。实际算例表明模型合理地模拟了溃口的发展过程与洪水演进过程,在溃口急缓流转换区展现了较强稳定性,守恒性良好,可作为溃坝洪水风险评估与洪灾预报的有力工具。     

MPS方法数值模拟土石坝溃决流动

土石坝溃决流动一般为逐渐溃坝流动,对逐渐溃坝流动进行数值模拟分析有重要现实意义。该文使用自主开发的无网格粒子法求解器MLParticle-SJTU,对土石坝溃决的逐渐溃坝流动进行了数值模拟。首先建立了溃坝过程中坝体高度随时间变化的模型,在此基础上引入MPS方法,计算了溃坝过程中的流动形态以及流量,计算结果与其他研究者的模拟结果相吻合。此外,还采用二维模型计算考察了溃坝时间对溃坝水流流动形态及壁面砰击压力的影响,并对其中几个工况进行了三维模拟。     

唐家山堰塞湖溃坝洪水分析及泄流冲刷模拟

土石坝溃坝数学模型BRESZHU建立在溃坝试验及原型溃坝案例中所观察到的溃坝机理基础之上。模型先后用不同国家的多组溃坝试验资料进行率定和验证，并被成功应用于原型堤坝溃决案例的模拟，结果良好。“5·12”地震唐家山堰塞湖险情发生后，其不断升高的水位和不断增大的湖容给下游百万群众的生命财产安全造成了巨大威胁。运用BRESZHU模型并结合坝下游溃坝洪水演进模型针对堰塞湖上游可能出现的不同频率洪水、坝体的不同溃决方案和不同溃决过程等对数10种工况下唐家山堰塞湖的调洪、溃坝及洪水传播过程进行了计算与分析，为抢险方案和应急预案的制定提供了有力的技术支持。险情结束后运用BRESZHU模型及时对湖水下泄过程中泄流渠断面发展及坝址处洪水过程等进行了模拟，结果表明模型计算的下泄洪水过程（水位、流量）及泄流渠断面发展等与实测情况符合较好。     

改进DB-IWHR模型及其在尾矿库溃坝影响分析中的应用

为预测尾矿库溃坝对下游的影响,基于修正的Shields曲线,改进了DB-IWHR模型中临界剪应力的计算,并通过唐家山堰塞坝实例验证了改进DB-IWHR模型具有更高的溃坝溃口和下泄流量过程演化精度。采用改进DB-IWHR模型及二维水动力模型建立了某尾矿库溃坝影响数值分析模型,预测了尾矿库漫顶溃坝时下游的淹没范围、淹没深度、淹没出现时间以及溃坝对下游关键敏感点的影响程度,分析了改进模型对溃口初始宽度及冲刷侵蚀参数的敏感性,结果表明:改进DB-IWHR模型结合二维水动力模型能较好地模拟尾矿库溃坝过程和下泄沙流演进过程,结果符合沙流演进的一般规律;该模型对于初始溃口宽度的敏感性不强,但对于冲刷侵蚀参数的敏感性较强。     

基于无人机航空摄影的尾矿库溃坝数值模拟

基于无人机航测生成的高精度数字高程模型(DEM)数据,采用深度积分的Massflow数值分析方法,开展了新疆某山区尾矿库溃坝数值模拟研究。结果显示了该尾矿库溃坝后矿砂运动过程,分析数值模拟结果得出:(1)溃坝后矿砂最终堆积呈现两部分,一部分在尾矿库库区下游,平均厚度约13 m,另一部分则堆积于环保库和下游河道附近,平均厚度达25 m,其中堆积厚度最深处在初期坝坝底正对的河流处,约29 m。(2)尾矿库溃坝整个运动过程可分为失稳启动、加速下滑以及减速堆积三个阶段,该尾矿库溃坝从启动到最终静止整个过程约3 000 s,最大运动速度介于21～29 m/s之间,其中失稳启动和加速下滑阶段均在短时间内迅速完成,减速堆积阶段时间占整个过程的93.33%,表明尾矿库溃坝初期矿砂流速较快,具有较强的破坏性。研究成果可用于分析尾矿库矿砂运动路径、淹没区域及沿程堆积情况等,对降低尾矿库溃坝风险和应急响应有重要指导意义。     

面板堆石坝溃坝洪水演进模拟及影响分析

水库大坝溃决洪水模拟计算与影响分析是水利工程防灾减灾领域的研究重点。为研究面板堆石坝溃坝对下游淹没范围和程度的影响,在分析面板堆石坝溃决特点的基础上建立了面板堆石坝至其下游电站库区河段的一维非恒定流水动力模型,以某一面板堆石坝为工程实例模拟计算了大坝在不同溃决模式下的洪水传播过程,得到了坝下河道沿程典型断面的洪峰流量、最高洪水位及相应的出现时间。结果表明:溃坝历时、溃坝最终溃口尺寸和溃坝前坝前水位是影响该模型计算结果的主要因素,溃坝历时越短、最终溃口尺寸越大、溃坝前坝前水位越高,坝址处洪峰流量越大。在各种溃坝工况中,下游河道两岸重要乡镇的大部分地区被淹没。研究成果可为面板堆石坝水库运行期溃坝洪水的应急抢险方案制定和灾情评估提供科学依据。     

土坝溃决研究进展及存在问题

据统计,目前世界各地发生溃决的大坝中,大多数为土坝。为了更好地预测溃坝过程、溃坝洪水及其在下游的传播过程,近几十年来,建立了多个溃坝模型。对现有的土坝溃决模型进行了分类与总结,着重介绍了坝体漫溃模型,同时简单介绍了管涌溃坝模拟。并根据现有的研究成果,参照各溃坝模型的假定条件及控制方程适用范围,对现有溃坝模型存在的问题进行了分析总结,并提出了下一步研究需关注的重点与建议。     

水库逐渐溃坝洪水过程计算方法研究

根据大坝溃决发生的时间长短,溃坝可以分为瞬时溃坝和逐渐溃坝.瞬时溃坝一般发生在刚性坝体(混凝土,浆砌石等);逐渐溃坝一般发生在土坝和堆石坝等散粒体坝体.为预测水库溃坝洪水对下游的影响,按简化计算,一般按瞬时溃坝极限状况计算.但对于土坝一类的散粒体坝体.按瞬时溃坝计算的洪峰流量和洪水过程则明显不合理.基于逐渐溃坝发生发展的物理机制,提出了逐渐溃坝洪水过程线计算的数学模型,并结合具体工程实例进行了计算.     

基于双流体模型的三维溃坝洪水模拟

在溃坝洪水模拟中,泥沙因素的影响不可忽略。针对坝体溃决中的水沙流动,溃口采用DAMBRK模型中的概化梯形模型,通过欧拉模型即双流体模型成功模拟了溃坝洪水中的悬移质泥沙颗粒。对比来流分别为清水和含悬移质泥沙的水沙流、在下游有村庄阻水和无阻水情况下坝面剪切力的大小,证明悬移质泥沙加快了坝体溃决,下游阻水建筑物对水沙流的破坏有抑制作用,最后给出了河道中泥沙的淤积分布情况。所有模拟结果均符合实际溃坝规律和环境。     

水库逐渐溃坝洪水过程计算方法研究

对于溃坝的形式，根据大坝溃决发生的时间长短，可以分为瞬时溃坝和逐渐渍坝。瞬时渍坝一般发生在刚性坝体（混凝土，浆砌石等）；逐渐溃坝一般发生在土坝和堆石坝等散粒体坝体。在预测水库渍坝洪水对下游的影响时，为简化计算，一般按瞬时渍坝极限状况计算，而对于土坝一类的散粒体坝体，若按此方法计算洪峰流量和洪水过程，明显不合理。基于逐渐渍坝发生、发展的物理机制，提出逐渐溃坝洪水过程线计算的数学模型，并结合具体工程实例进行计算。     

基于FREAD溃坝体系的堰塞湖溃决过程反演分析

为了提出适用于堰塞湖溃决模拟仿真的方法,在系统梳理FREAD溃坝洪水分析体系DWOPER、DAMBRK、BREACH和FLDWAV模型的基础上,对各模型的基本原理、适用条件及优缺点进行了汇总。基于各模型的功能特点,联合使用BREACH溃坝计算模型及FLDWAV洪水演进模型反演了尼泊尔逊克西(Sunkoshi)堰塞坝的溃决过程。结果表明:逊克西堰塞坝溃决过程历时68 min达到溃决洪峰流量1 794 m3/s,考虑到支流入流的情况,溃决洪峰历时154 min演进至下游37.9 km处的库帕瓦加特(Pachuwarghat)水文站,计算流量结果与该水文站实测数据较为一致,从而验证了联合使用BREACH和FLDWAV模型进行堰塞湖溃决计算的合理性和可行性。研究成果可以为制定类似堰塞湖溃决的应急处置方案提供参考。     

用LEVEL SET方法计算溃坝波的传播过程

溃坝波的数值模拟在于正确地计算坝体溃决后上下游水面的迅速变化过程。本文研究了近年发展起来的求解两种流体界面的Level Set方法及其在具有自由表面的水动力学问题中的应用。对不同底坡上的二维溃坝波进行了计算，取得了和实验资料符合良好的结果。     

苗尾水电站施工期溃堰洪水计算分析

苗尾水电站施工期临时围堰挡水度汛期间,若因上游超标洪水导致围堰溃决,将引起围堰库区水体骤然下泄,形成较大溃坝洪峰向下游传播,严重威胁下游两岸村镇及功果桥梯级电站的安全。根据溃坝洪水传播和运动的特点,建立了一个包括围堰溃决过程和洪水演进的溃堰洪水数学模型。利用该模型,合理假定围堰溃决模式,拟定不同的计算方案,对苗尾水电站施工期围堰溃决及溃堰洪水演进过程进行了模拟计算。通过模型计算可以得到各特征断面的最高水位和最大流量值,并可以得到溃堰洪水传至各特征断面的演进时间。因此,可以利用溃堰洪水数学模型,为围堰溃决时下游河道两岸的洪灾分析及溃堰应急预案制定提供科学依据。     

上游法尾矿库溃坝事故致因分析及安全管理技术研究

尾矿库是一种高势能的人造泥石流源,一旦发生溃坝事故,将严重威胁到库区下游居民的生命及财产安全.针对我国中小型上游法尾矿库数量多、安全度水平低以及发生事故的复杂性、多样性等特点,对导致上游法尾矿库溃坝事故发生的各路径进行分析、研究,同时根据各路径建立事故树分析模型,应用布尔代数法计算得出最小割集,确定导致溃坝事故发生的各基本原因事件结构重要度;最后,结合生产实际,提出了保障上游法尾矿库安全运行的综合管理技术措施.该研究结果可以为矿山企业在尾矿库日常管理过程中制定合理的安全防范措施提供参考,从而有针对性地消除各种事故隐患.     

尾矿库溃坝研究综述

尾矿库溃坝研究主要包括尾矿坝坝体失稳和泥石流的演进两部分.首先对尾矿库坝体失稳原因、机理和计算模型进行了综述,目前尾矿坝失稳计算模型研究主要集中在尾矿坝静力抗滑稳定和地震作用下尾矿砂的液化判别,而对渗透变形和洪水漫顶导致的尾矿坝渐近失稳模型研究较少,同时对地震作用下尾矿砂液化后流滑变形稳定分析的研究也较少;其次,对尾矿坝失稳后泥石流的物理性质、流变模型、演进计算模型进行了综述,目前尾矿库溃坝泥石流演进计算模型中存在大量的假设,包括对溃坝范围、溃坝过程、溃口大小的假设等,这对泥石流演进分析带来一定的偏差.总之,尾矿库溃坝计算模型还不完善,需要借助土力学、水力学和泥沙动力学等学科的交叉进一步研究.