云南某尾矿库溃坝砂流流态研究

尾矿库一旦发生溃坝,库内水和尾砂结合在一起以泥石流的形式涌出,会危及下游人民的生命安全.根据现有的水力学公式对尾矿库溃坝砂流运动形态进行理论计算,根据计算所得结果绘制出溃坝时不同溃坝高度及溃口宽度与尾砂最大流量、到达下游各断面的淹没深度、到达时间、最大流速以及冲击力的关系曲线,并进行分析,为尾矿库管理以及溃坝预防提供依据.     

精细地形下铀尾矿库溃坝三维数值模拟研究

为研究铀尾矿库溃坝泥石流演进规律及其对下游环境的影响,基于VOF方法、RNG k-ε紊流模型,建立溃坝三维数值模型,利用水槽溃坝试验验证了数值模型的准确性;针对某铀尾矿库建立坝体三维模型及下游河道三维精细地形模型,采用计算流体力学软件Flow-3D对铀尾矿库局部溃坝进行三维数值模拟研究,得到溃坝泥石流流速、传播时间、泥石流深度等要素变化规律以及溃坝泥石流影响范围。模拟结果表明,尾矿库局部溃坝泥石流不会直接冲击尾矿库下游村庄。     

尾矿坝溃坝对下游淹没和撞击的研究

尾矿库坝体发生漫顶、垮塌、坝体滑坡、渗漏等溃坝因素导致尾矿库溃坝,溃坝后高势能的尾砂形成尾砂泥石流冲向下游,对下游居民的生命财产构成严重的威胁。针对以尾矿坝溃坝为尾矿库安全事故灾害中的突出问题,以宝山荷叶塘尾矿库为例,运用分步数值模拟方法将尾砂泥石流运移、淹没这一动量过程和尾砂泥石流与障碍物撞击这一力学过程相结合分析尾矿库4#副坝溃坝时对其下游马鞍岭公路的安全影响,尾矿库溃坝后尾砂对下游公路的淹没和尾砂泥石流运移的规律直接影响着灾害能量的变化,通过尾砂泥石流与下游公路的撞击作用及能量变化揭示其运移规律,研究溃坝尾砂泥石流对下游的淹没范围、尾砂移动规律以及尾砂对下游公路的撞击,探讨下游公路的安全性。     

某铁矿尾矿库溃坝砂流演进过程数值模拟研究

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...     

基于Flow-3D尾矿库漫顶溃坝过程数值模拟

尾矿库是一个具有高势能的危险源,一旦发生溃坝,将对下游居民的生命财产造成严重威胁。为了提高尾矿库溃坝灾害预测与应急保障能力,本文以某尾矿库为工程背景,开展尾矿库溃坝的室内模型实验,并结合Flow-3D数值仿真技术对尾矿库漫顶溃坝后尾砂流的演进过程进行深入研究。将室内模型实验和数值模拟结果相互对比,溃坝过程基本吻合,验证了较小缩比尺模型实验的准确性以及数值模拟的可靠性。数值模拟研究结果表明：溃水的淹没高度和断面流量随溃坝时间的变化整体表现为前期快速增长及后期的较缓下降, 且随着演进距离的增加, 淹没高度和断面流量峰值都明显降低;下游地形影响溃坝尾砂流的流速和演进方向,溃坝尾砂流在下游弯道处出现“爬高”现象,弯道两岸淹没高度不同,弯道凹岸淹没高度高于另一侧;沟谷与河道的连接处,溃水向河道上下游两边扩散,在河道入口处形成“冲积扇”堵塞河道。     

基于FLUENT的尾矿库溃坝数值模拟及尾砂运动分析

尾矿库溃坝时危害巨大,为了研究广东某矿尾矿库溃坝后的后果,现对其溃坝过程进行模拟。该尾矿库分两期设计,第二期在一期坝的基础上采用下游外推式加高,现以该尾矿库为工程背景,根据现场情况取其研究参数,借助FLUENT软件建立尾矿库溃坝过程三维模型,研究其10~100 s内7个时间段尾砂流的运移距离、流动速度、以及冲击压力以及对二期尾矿库稳定性的影响,并根据数值模拟结果制定有针对性的预防和防治措施。。 ,（此处缺关键过程）结果表明：随着时间的增加,尾砂运移距离逐渐增大,流速和压力先增大后减小,尾砂在下泄过程中离坝址处较近的位置破坏的程度最严重,溃坝从发生至结束历时较短仅为400 s。尾砂溃坝冲击力巨大且迅速,但数值模拟的结果对实际预防和治理工程具有指导意义,能有效的保证尾矿库的安全。     

基于Rhino和Fluent耦合的尾矿库溃坝数值模拟分析

我国“头顶库”数量较大,存在着严重的安全和环境隐患,但在真实三维地形下溃坝水砂模拟方法上存在较大不足,难以对下游波及范围及影响程度做出准确判断。为此,采用数值模拟软件Rhino和Fluent建立尾矿库及周边区域计算模型,对溃坝后水砂在下游的流动状态进行了模拟分析。研究表明:利用Rhino建模和Fluent计算有机耦合,可以有效实现复杂地形下的水砂两相流溃坝三维数值模拟。“头顶库”溃坝水砂流动状态受下游地形影响密切,在下游地势平坦开阔时,水砂淹没范围广泛,流距较长;溃坝水砂在下游各处压力都具有先增大后减小、最后趋于稳定的特点,大部分尾砂淤积在下游低洼沟谷内;在溃坝后,水砂速度迅速增大,在某一时刻达到峰值,此时水砂的冲击力最大,之后流速缓慢降低至停止。研究实现了高精度地形下的尾矿库水砂两相流三维溃坝水砂流动模拟,模拟结果可为相似地形条件下的“头顶库”溃坝分析提供借鉴,模拟方法可为建立尾矿库溃坝模拟技术标准提供参考。     

基于SPH方法的小西沟尾矿库三维溃坝数值模拟

运用光滑粒子流体动力学理论(SPH),以Herschel-Bulkley为计算模型对小西沟尾矿库进行了三维溃坝数值模拟。充分考虑尾砂的类流体剪切黏性行为,基于物理模型试验得到的溃口形态建立计算模型。模拟得到了溃坝尾砂演进动力特性及空间堆积特征,确定了尾矿库溃坝对下游的影响范围,并分析了建构筑物对尾砂流的消能作用;根据尾砂的运动特征,分类圈定风险防控范围,并以此制定风险防控的针对性措施,以防范尾矿库的溃坝风险。     

基于SPਘ 方法的小西沟尾矿库三维溃坝数值模拟

运用 光 滑 粒 子 流 体 动 力 学 理 论(SPH),以 HerschelＧ Bulkley为计算模型对小西沟尾矿库进行了三维溃坝数值模 拟.充分考虑尾砂的类流体剪切黏性行为,基于物理模型试 验得到的溃口形态建立计算模型.模拟得到了溃坝尾砂演 进动力特性及空间堆积特征,确定了尾矿库溃坝对下游的影 响范围,并分析了建构筑物对尾砂流的消能作用;根据尾砂 的运动特征,分类圈定风险防控范围,并以此制定风险防控 的针对性措施,以防范尾矿库的溃坝风险.     

真实地形下尾矿库溃坝尾砂流下泄过程数值模拟

为了研究尾矿库溃坝尾砂流对下游敏感目标的影响,以江西省某尾矿库为研究对象,建立了真实三维地形数值模型,利用FLOW-3D三维流体力学软件模拟分析了该尾矿库分别在不同工况下溃坝下泄尾砂流在下游1 km范围内的输移时空变化特征。结果表明:溃坝尾砂流的发展方向、分布情况、水深以及泥沙淤积受真实三维地形变化影响较为明显,溃坝尾砂流主要分布于下游稻田和低洼地段,浅溪河作为主要行洪通道,水深变化和泥沙淤积情况较为明显,只有已搬离的浅溪村受到尾砂流淹没,洪水最远到达港口村西部鱼塘,其余村庄均未受到影响。所得结果可以为尾矿库安全运行管理和制定溃坝应急预案提供依据。     

强降雨洪水条件下尾矿库溃坝灾害影响研究

强降雨是导致尾矿库发生溃坝灾害的重要因素。为进一步探究强降雨洪水条件下尾矿库溃坝灾害影响,依托四川某尾矿库为研究对象,分析不同降雨频率条件下（200年、500年、1000年）的洪水暴发强度,并结合FLO-2D软件对强降雨条件下尾矿库溃坝影响进行了数值模拟。研究结果表明：溃坝量对尾矿库溃坝致灾程度有显著影响,溃坝砂流的灾害影响程度随溃坝量的增加而增大;溃坝尾砂流的最大淹没高度和峰值流速随溃坝量的增加而增大,下泄砂流的沿程淹没高度随尾砂运动距离的增加呈下降趋势;在地面高程变化幅度大的区域砂流的流速明显偏大,地面高程变化对砂流流速变化有较大影响。根据溃坝模拟结果,对强降雨条件下的溃坝尾砂流致灾影响程度进行了预估,为相关尾矿库溃坝灾害预测提供了参考。     

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。     

云南某矿山磷石膏尾矿库溃坝灾害影响分析

针对尾矿库溃坝事故,对溃坝后不同时间节点的影响范围及程度进行深入分析,并根据某矿山尾矿库现场测量参数计算确定下泄总量、溃坝口宽度、溃口最大流量、库浆下泄时间、库浆最大流速、库浆最大冲击力及溃坝的理论危害面积等溃坝的重要参数。最后,利用Gambit软件建立对尾矿库下游地区的简化模型,并通过ANSYS FLUENT软件对尾矿库溃坝进行实时动画模拟,以此分析尾矿库溃坝的影响。结果表明：1)该尾矿库发生溃坝事故时,库浆主要呈柱状涌出并开始向两边扩散,溃口库浆流速较快;2)溃坝发生后50 s时,库浆就能纵穿整个下游区域。到80 s时,整个下游区域几乎已经完全被淹没;3)数值模拟结果和尾矿库溃坝计算数据相比较,两者吻合良好。     

基于相似理论的尾矿库溃坝模型试验研究

为了定量掌握尾矿库坝体的溃决过程及其对下游的影响,采用相似理论建立尾矿坝物理模型,对某高程尾矿库溃坝进行了详细过程记录和研究,分析溃坝过程中坝址流量、水位过程线以及尾砂向下游演进规律。试验结果表明：尾矿坝在40 min左右发生漫顶、垮塌泄流现象,同时坝址出现洪峰,其最大流量达4040 m³/s,洪峰沿程传播衰减,其下游断面洪峰逐步平坦且形态呈锯齿状;堆积坝最大溃口宽度约110 m,深度约50 m;溃口下游断面水流宽度有所缩窄,随着水流的逐步下移,溃口宽度先增大后逐步减缓趋于平衡。研究表明,尾矿堆积坝顶在溃坝时为尾砂下泄的重点破坏区域,特征断面越靠近堆积坝,冲刷深度越大,离堆积坝越远冲刷深度越小,且冲刷宽度越来越窄,泥沙淤积现象越明显。     

湖北大冶铜绿山铜铁矿尾矿库溃坝动力特性分析

2017年3月12日凌晨2时20分,湖北大冶铜绿山铜铁矿尾矿库西北角发生了局部溃坝事故,下泄尾砂泥浆约50万m3。在大冶尾矿库溃坝现场考察和相关数据资料查阅的基础上,分析了该尾矿库的结构特征、地质环境特征与溃坝尾砂运动特征。利用无人机航拍技术获取了大冶尾矿库溃坝后的地貌高程数据并建立尾矿库溃坝后的DSM模型,运用DAN3D软件建立了尾矿库溃坝的动力计算模型。通过对比Frictional模型、Bingham模型及Voellmy模型的模拟结果,认为Voellmy模型可以较好地模拟溃坝全过程。模拟结果表明:大冶尾矿库溃坝过程中尾矿泥石流运动持续时间为130 s,最大堆积深度为5 m,最大运动速度为20 m/s。     

尾矿库环境风险评估实例研究

应用水库溃坝模式对新疆某山谷型尾矿库的环境风险进行了实例研究,结果表明:溃坝后尾砂泄漏50%库容的情况下,尾砂影响距离为3 500m;尾砂泄漏100%库容的情况下,尾砂影响距离为6 000m;不会对下游8 500m处的地表水体造成明显不利影响。此结果比坝高倍数估算法的结果更可靠,可为尾矿库环境隐患排查、整改措施的落实及尾矿库应急预案的制定提供重要参考。     

一种简单的尾矿库溃坝泥石流演进计算方法研究

针对尾矿库溃坝泥石流危害范围尚无成熟模型模拟的情况,借鉴我国在泥石流领域及水库溃坝领域取得的研究成果,利用常用的工具软件,采用经验公式法对尾矿库溃坝泥石流进行简单计算,并根据泥石流流经的沟谷特征对计算结果进行调整,以获得尾矿库溃坝泥石流相对正确的流态,保证下游的淹没影响范围分析的准确性。     

尾矿库溃坝滑坡体滑移距离的研究

尾矿库是一个具有高势能的人造泥石流危险源,尾矿库一旦发生溃坝事故,将产生巨大冲击力和破坏力。为了在有限的应急处置时间内制定及时有效的应急避险预案,减少溃坝后的人员伤亡、经济损失和生态环境破坏,需要正确估算溃坝后尾矿掩埋区滑移范围,即主要确定溃坝滑坡体滑移距离。针对尾矿库溃坝滑坡体滑移距离估算,提出了刚体沿折面滑动和刚体沿圆弧曲面滑动的2种滑动模型,分别建立了溃坝滑坡体滑移距离的计算公式。重点分析了扩散角、掺气深度、空气阻力、滑移体高度、残余强度、撞击动压力和拦挡坝等尾矿库溃坝发生滑移所涉及到的几个主要问题。通过实例计算,2种滑动模型的计算结果都与实际情况较为接近,可为今后尾矿库的安全管理以及选址提供参考。     

基于DL Breach模型的尾矿库溃坝影响数值分析

尾矿库溃坝事故危险性大,尚缺乏有效的溃坝沙流预测机制。基于DL Breach模型,提出一种尾矿库溃坝沙流的计算方法,依据尾矿下泄沙流的性质,结合尾矿库溃坝的工程经验及规范,建立溃坝沙流运动模型,计算溃坝过程中的主要影响参数,分析下泄沙流的淹没范围、淹没深度的演变规律。结果表明,溃坝下泄沙流的堆积深度总体上先增大后减小,下泄沙流在钻天道沟谷内淹没深度较大,淤积较多,最大堆积深度达2.48 m;随着与初期坝的距离逐渐变大,下游的3#桥处的最大淹没深度不超过1 m,整体安全风险可控。利用该模型进行尾矿库溃坝数值模拟,可以预测尾矿坝溃决可能引起的灾害,对尾矿库的安全运行具有指导意义。     

不同降雨工况下尾矿库溃坝模型试验及潜在经济损失评估研究

采用尾矿库降雨溃坝试验装置,以赣南某尾矿库为原型,对不同降雨工况下(50, 70, 90, 110 mm/h)尾矿库溃坝过程、溃口发展、淹没范围和转运距离、下泄尾砂沉积规律和溃坝影响范围潜在经济损失评估进行尾矿库溃坝模型试验。结果表明：随着降雨强度增加,相同时间阶段坝体的破坏越严重,但对坝体破坏规律的影响并不显著;4组试验中坝体溃口总体呈“喇叭”状发展变化,最终溃口的宽度、深度随降雨强度的增加不断增大,在不同阶段表现出不同特点;溃坝后尾砂流淹没范围随单位时间变化大致分为3阶段,淹没范围、转运距离随不同降雨工况而改变;溃坝尾砂粒径在模型下游的沉积表现出随转运距离的增加而递减,在距模型坝址120 cm处粒径出现较大变化,破坏过程中坝体细颗粒流失对坝体稳定性产生不利影响;通过损失风险评估得出若发生最大降雨工况的溃坝,事故后果严重性等级为“极重度”,该地区经济损失风险β值为1.21%,事故严重影响该地区社会经济。研究成果为尾矿库在降雨情况下的灾害防控提供参考。