尾矿坝溃坝泥砂运动特性及三维数值模拟研究

分析尾矿库溃坝泥砂运动特性对溃坝后安全治理措施有重要意义。本文分析了尾矿坝泥砂体积浓度的不同对于溃决尾矿泥砂在流动过程中的速度场的影响。运用CFD软件建立尾矿坝溃坝的三维几何模拟模型,借助Fluent_3D中VOF计算模型模拟尾矿砂、水多相流的流动规律及流动状态,模拟的溃坝流动特性与实验结果相一致,研究结果为尾矿坝的设计与安全监测提供理论依据。     

尾矿库溃坝影响预测方法的探讨

尾矿库溃坝后果严重,目前在金属矿山环境影响评价工作中,尾矿库溃坝预测方法无统一规范,且多数缺乏依据。以某尾矿库为例,通过对比前人的计算方法,找出相对合理的计算方法,采用数值法和解析法相结合的方法计算某尾矿库溃坝后尾砂下泄量、下游各断面洪峰流量、洪峰淹没高度、影响范围等关键数据,为环境影响评价中尾矿库溃坝风险预测工作提供借鉴。     

堰塞坝漫顶溃决过程数值模拟及应用

堰塞坝作为自然形成的天然坝体,其结构不稳定性强,绝大多数的堰塞坝最终都将发生漫顶溃决,一旦溃决,将会对下游带来巨大的生命和财产损失。因此,有必要合理预测堰塞坝的溃决流量过程,为溃坝应急预案的编制提供理论与技术支撑。本文充分考虑堰塞坝的形态特征及坝料的物理力学特性,建立了一个可合理模拟堰塞坝漫顶溃坝过程的数学模型。该模型可较好地反映水动力条件下的溃口发展过程和下泄流量过程。选择西藏易贡堰塞坝溃坝案例对模型进行验证,通过计算结果与实测资料的对比发现:计算得到的溃口峰值流量、最终溃口宽度、峰值流量到达时间等参数的最大相对误差均在±15%以内;溃口流量过程与实测资料也吻合较好,有效地验证了模型的合理性;参数敏感性分析结果显示,残留坝高、冲蚀模式(单侧与两侧冲蚀)、冲蚀系数等参数对溃坝过程均有重要影响。     

结合GIS空间分析的老灌河流域尾矿库溃坝事故模拟预警研究

根据尾矿库溃坝特征,引入泥流水力计算对尾矿库溃坝事故进行计算模拟,并将模拟结果与GIS工具耦合,从空间层面对溃坝事故进程和产生的影响进行动态预测和展示,从而建立尾矿库溃坝事故预警体系,为事故应急工作提供指导。以南水北调中线水源地支流老灌河流域为例,选取流域上下游两个典型尾矿库进行溃坝事故情景模拟,得出上游尾矿库溃坝事故影响范围55km,对该尾矿库下游3~5km处居民区有严重危害,事故影响时间约6~7h;下游尾矿库溃坝事故影响范围13km,主要破坏该尾矿库周边农业资源,事故影响时间约2h。模拟结果在验证本研究实用性的同时,为该流域尾矿库溃坝事故预警应急措施和流域日常安全管理提供决策支持。     

土坝溃决跌坎水流水动力特性数值模拟

黏性土坝漫顶溃决涉及多学科交叉,过程极其复杂,尽管国内外大量物理模型试验成果表明其溃决多以“跌坎式”溯源冲蚀为主要特征,然而对该冲蚀发展形式下的水流-坝体微观作用机制尚不清晰。水流作为漫顶溃决的冲刷主动力,对坝体溃决发展起着主导性作用,采用RNG k-ε紊流模型和VOF自由液面捕捉技术针对黏性土坝漫顶溃决代表性水流结构——溃决跌坎水流开展了三维数值模拟研究,对跌坎水流的水流结构、流态、水力特性指标等进行了细致分析,揭示了不同工况下坝体跌坎上的剪切应力、流速分布规律,进而从水动力学的角度对坝面进行受力分析,初步推断了黏性土坝漫顶溃决过程中各级跌坎的主要合并方式为“台阶水平面刷深下切”。研究成果为进一步掌握黏性土坝漫顶溃决发展演变机理提供了理论基础。     

基于MIKE FLOOD的城区溃坝洪水模拟研究

大坝安全不仅影响工程效益,还影响人民的生命和财产安全,溃坝洪水模拟可以对水库大坝的失事影响做出评估,对制定应急预案和防洪减灾具有重要意义。以深圳市龙华新区民治水库及下游片区为研究对象,基于MIKE FLOOD将MIKE11模型和MIKE21模型进行动态耦合,对溃坝洪水在下游的演进过程进行仿真模拟。模型采用瞬间溃(瞬间部分溃和瞬间全溃)以及逐渐溃两种溃决方式,分别模拟4种工况下的溃口流量过程线以及下游洪水演进过程。结果表明:瞬间溃的洪峰流量较大,出现在溃坝开始时刻,而逐渐溃的洪峰流量相对较小,出现在渗透破坏变形发展至上部坝体坍塌时刻,之后均随库区水位逐渐降低,下泄流量变小,直至库区水体排空。溃坝洪水对上游地区横岭村附近破坏较大,淹没水深较深。民治河中游段居民和商业区附近洪水流速接近5 m/s,对建筑物有一定破坏力,左侧向南村地势较低,淹没情况最为严重,并且在洪水消退后仍有3 m左右积水。民治河下游地区在洪水消退后也有少量积水。     

梯级水库溃坝洪水模拟

为充分利用水能资源和实现流域水资源的综合调控,我国在众多河流上进行了梯级开发,因此,对梯级水库大坝群的溃坝洪水风险开展研究具有重大意义。结合贵阳松柏山、花溪梯级水库实际工程状况,在假设梯级水库大坝出现溃坝事件时,以河道溃坝数学模型进行溃坝洪水演进模拟分析,获得上游松柏山水库溃坝、花溪水库库区及其下游风险区域的水位变化过程。结合数学模型计算成果,分析了梯级水库群不同水位组合溃坝洪水对下游的影响。     

基于OpenGL的溃坝洪水实时交互仿真显示

随着计算机技术的突飞猛进,三维空间可视化技术逐步得到应用,将计算机图形学和虚拟现实技术应用于科学计算领域已成为当前研究热点之一.基于平面二维溃坝水流模型、VC和Fortran的混编技术以及OpenGL三维显示技术研制开发了实时交互可视化系统,本系统采用驾驭式交互视算,计算和显示同时进行,并实现人机交互,对溃坝洪水过程进行实时仿真显示,为溃坝洪水演进模拟和分析提供一种科学有效、身临其境的可视化途径.     

无黏性土堤漫顶溃决口门形态变化试验

堤防溃决发展过程及口门形态变化的正确描述是及时科学地对溃口进行封堵并对决口后洪水演进过程准确预测的重要依据.考虑到堤防漫顶溃决过程与溃决时河道水力条件、堤防型式、材料组成等因素有关,就外江河道存在水流流动的无黏性土堤溃决溃口的发展过程及口门形态的变化规律进行了水槽试验探索.研究结果发现,河道洪水位或内外江水位差是影响溃口展宽发展的最重要因素.河道洪水流量在堤防溃决初期对溃口的发展影响不大,但溃口的最终宽度和深度随洪水流量的增大而增大.对于试验中采用的无黏性土堤材料,颗粒越粗,漫顶溃决初期溃口发展越快,稳定后的溃口最终宽度却越小.另外,试验还给出了无黏性土堤漫顶溃决溃口的最终形态,如内外江侧溃口宽度比、溃口顶部与底部宽度比以及溃口深度与宽度比等.     

唐家山堰塞湖泄洪问题几种模型探讨

以唐家山堰塞湖为研究对象,首先根据当时权威新闻报道数据及数字高程模型用数值积分和拟合两种方法求堰塞湖的蓄水量。在溃坝阶段,由经验公式及进出水量平衡建立模型,从而拟合出溃口的深度和宽度随时间变化的表达式。在泛洪阶段,采用静态分析,假设水流呈圆形蔓延采用先离散后整合叠加的方法建立柱体模型得到被淹面积和淹没深度,并在此基础上考虑洪水淹没区域中人口密集区域的人员撤离方案。