尾矿库溃坝泥石流运动过程试验研究

地形是影响尾矿库溃后泥石流演进的重要边界条件,以某尾矿库为背景,开展堆(溃)坝模型试验,探索在山地复杂地形条件下尾矿库溃后泥石流的演进规律。结果表明:溃后泥石流的淹没高度和流速随溃坝时间的变化整体表现为"前期缓慢增长及后期的高速增减,且随着演进距离的增加,淹没高度和流速都明显降低;沟谷弯道至与河道汇合处的淹没高度大于坝址及下游,且出现最大淹没峰值;在沟谷弯道处出现"爬高"和"涡流反射"现象,造成两岸淹没高度差值很大,而在沟谷与河道的连接处,泥石流冲出沟谷淤堵河道;上游沟谷和河道的流速明显大于下游,最大峰值流速出现在沟谷弯道及沟谷和河道连接处。     

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.     

尾矿库溃坝研究进展

总结分析了近年来国内外尾矿库溃坝致灾机理、尾砂力学性质及溃坝流体性质、溃坝影响范围和预警及防治措施等领域的研究进展。总体而言,尾矿库溃坝研究方面已积累了一定的基础和经验,然而在许多领域有待进一步深入系统的研究;尾砂不同于常规土料,相关研究目前多针对具体工程,尾砂的力学性质的系统研究有助于提升尾矿库溃坝安全评价水平;物理模型试验法和数值模拟方法是目前预测尾矿库溃坝影响范围的主要手段。指出了当前尾矿库溃坝研究及灾害防治方面的几个关键问题,建议从新试验技术、尾砂及溃坝流体性质和筑坝工艺等方面突破研究。     

尾矿库溃坝条件下区域水土流失模拟研究

当前尾矿库溃坝大都只考虑洪水影响,未考虑其溃坝条件下的泥石流影响,文章提出水力-泥沙耦合模型,以辽宁地区某尾矿库为实例,对其溃坝条件下的水土流失进行模拟。结果表明:该模型可综合考虑尾矿库溃坝条件下洪水和泥沙流的影响,模拟尾矿库溃坝条件下沿程演进的水土流失量,解决传统方法单一考虑洪水影响的局限。研究成果对于尾矿库的风险评估具有重要的参考价值。     

尾矿库溃坝模型设计及试验方法

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。     

尾矿库溃坝条件下的区域水土流失模拟研究

文章采用水力-泥沙耦合模型对尾款库溃坝条件下的水土流失进行模拟。研究成果表明:耦合模型可综合考虑尾款库溃坝条件下洪水和水土流失的影响,可模拟不同时间水土流失的沿程分布,解决传统模型不能考虑其水土流失影响的局限。研究成果对于尾矿库溃坝风险评估提供重要的支撑依据。     

徐家河尾矿库溃坝分析

根据尾矿库溃坝计算可知,尾矿库如遇溃坝,易对人民生命财产造成极大危害,分析尾矿库一旦溃坝所带来的严重后果,以提高相关部门的重视,为相关部门提供科学的水文数据,供防汛部门参考。     

排渗失效下尾矿库溃坝三维模型试验研究

针对尾矿库渗透破坏模式,为克服二维试验槽边壁效应对模型渗流走向及溃决位置的影响,本文以某尾矿库为原型,基于自主设计的三维尾矿库溃坝模型试验平台,进行了排渗设施失效诱发的尾矿库溃坝模型试验研究,揭示了该尾矿库的溃决模式及溃决机理。结果表明：(1)排渗失效导致的溃坝呈现局部流土破坏-坝体累计变形-深层滑动面发展贯通-整体突发失稳的渐进伴突发型溃决演化模式;(2)坝体孔隙水压力骤变是坝体发生滑动破坏的关键响应指标,预示着坝体将在短时间内由滑动体前后缘局部散浸软化、流土、塌陷转变为大范围溃决,可作为坝体溃决事故的前兆信息;(3)排渗失效导致的尾矿库溃坝过程具有渐进性和突发性的特点,发生散浸与流土破坏的过程时间较长,发生深层滑动和溃决的时间短暂,该特征可为尾矿库渗透破坏隐患治理及坝体溃决应急响应提供参考。研究结果对尾矿库溃坝的灾害预防具有重要的现实意义。     

尾矿库漫顶溃坝模型研究

本文利用尾矿库模型设计方法建立了尾矿库物理模型,并利用三维地形观测装置、表面流场测量装置和自动水位测量仪等仪器,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了观测。试验结果表明,尾矿坝因为块体坍塌的不确定性而使崩塌量呈锯齿状,流量过程也具有一定的波动性;溃坝洪水输移尾矿是包括一般挟沙和高含沙运动以及高强度推移质运动的复杂输沙过程。在根据模型试验获得的尾矿库漫顶溃坝物理图形基础上,采用边岸侵蚀和崩塌模式模拟溃口展宽过程,引入非平衡输沙理论及河流动力学输沙公式计算溃口通道的冲淤变形,建立了尾矿库漫顶溃坝洪水预测数学模型。利用本文试验资料的检验结果表明,本文建立的数学模型计算结果同测量资料颇为符合,可以预测尾矿库漫顶溃坝洪水流量及溃口变化过程。     

漫顶条件下尾矿库溃坝模型试验及灾害预测

矿山开采中尾矿库对下游人员的生命、财产安全与生态都是一个潜在危险源,由此而引起的工程事故也屡见不鲜。为研究尾矿库的溃坝过程及对下游的影响情况,以拟建尾矿库为对象,通过模型试验系统研究了整个溃坝过程中的坝体失稳的形态变化、水砂流向下游的演进过程、水砂流的淹没范围,以及溃坝流场的演进过程。研究结果表明,模型试验中整个溃坝过程共历时30min,下游上地村居民点完全被淹没,时州村居民点左岸部分高程较大房屋未被淹没,坝脚区域尾砂淤积量约为总溃泄量的36%,水砂流的流速受地形、地势及流经长度影响较大,研究成果可为尾矿库及类似尾矿库的工程论证与方案设计提供依据。     

尾矿库溃坝风险指标体系及风险评价模型研究

运用相关性分析,将与尾矿坝安全有关的参数和设计指标进行归类,建立了相互独立指标的尾矿库溃坝风险指标体系,并应用模糊理论建立了尾矿库溃坝风险评价模型。随后通过国内尾矿库专家系统对体系各指标进行的评估,结合层次分析法,得到了各指标的权重,并将指标分成4个级别,建立了分级标准,从而提出尾矿库运行期安全等级的划分方法。实例分析表明,本文建立的尾矿库溃坝风险指标体系和风险评价模型,可以应用于评估尾矿库运行期的安全等级。     

尾矿库溃坝风险指标体系及风险评价模型研究

尾矿库风险评价应研究坝及其附属构筑物的安全状况，评价尾矿库运行期的安全等级。因此，加强尾矿库风险管理，建立尾矿库溃坝风险指标体系和风险评价模型，对于减少和防止尾矿库溃坝事故的发生，确保尾矿库的安全运行，使之更好地为矿山安全生产服务，为国民经济健康持续快速发展服务等方面都具有重要意义。本文基于理论分析、相关性计算方法，建立了尾矿库溃坝风险指标体系，并应用多层模糊模式识别理论建立了尾矿库溃坝风险评价模型，并提出了尾矿库运行期安全等级的划分方法。建立的风险指标体系和风险评价模型，可同国家安全监管总局尾矿库普查和管理系统结合，用于尾矿库运行期安全等级的划分。     

山西新塔矿业尾矿库溃坝数值模拟研究

以山西新塔矿业尾矿库溃坝实例作为研究对象,将广泛应用于海岸方面研究的数值波动水路(CADMAS-SURF)推广到尾矿库溃坝的数值模拟,分析了尾矿库溃坝对下游的危害程度,研究溃坝后泥浆到达下游的时间和有无副坝及中间高两边低副坝、正常副坝两种副坝构造对下游居民区的影响,为防灾减灾工作提供参考。     

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。     

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。     

自溃坝试验

在遭遇特大洪水情况下,为了保证主坝安全,一般采用增建非常溢洪道渲泄特大洪水的措施。当前,我省一些大、中型水库非常溢洪措施采用了引冲槽式自溃坝,即在非常溢洪道上筑一斜墙砂壳低坝,平时挡水,当洪水超过某一限定水位时,自动溃决泄洪。自溃坝水工模型试验目前在模型缩尺与填筑材料、质量控制的相似律上还缺少理论依据,为弥补这个缺点,需进行大比尺模型试验。     

落水洞水位对水文情景响应变化的试验研究

岩溶含水系统水流运动规律的研究对岩溶地区水资源可持续利用和经济发展具有重要意义。物理模型一定程度上可以随意设置不同的试验条件及水文情景,是研究岩溶水流运动规律的有效工具之一。利用自行设计研制的裂隙网络-管道双重介质物理模型,设置3种不同的补排关系、6个不同的泉口直径、3个不同的含水层倾角,研究落水洞水位变化规律。结果表明:补给大于排泄、含水层无倾角时,落水洞水位呈对数曲线趋势上升;补给大于排泄、含水层有倾角时,落水洞水位变化可用二次函数描述;补给小于排泄、含水层无倾角时,落水洞水位呈阶梯状下降,且阶梯个数与层面裂隙条数相等;补给小于排泄、含水层有倾角时,落水洞水位呈直线下降。同一泉口直径,无论含水层有无倾角,落水洞水位下降可由同斜率、不同截距的直线簇表达。     

土坝溃坝试验研究与应用

本文根据模型试验和在滁州市进行的碾压式均质土坝现场溃坝试验研究,发现土坝漫顶溃决是个逐渐发展的过程,溃决持续时间一般在2h以上。结合滁州市2008年发生的2座小水库成功抢险案例分析,认为土坝遇洪水漫顶采用应急抢险泄流方案是可行的。具体的抢险方法应该依据具体坝体特征,选择坝体两端坝高较低、坝基基岩较高、对下游影响较小的坝段开挖泄流槽引冲形成局部溃口泄洪,避免主坝段溃决造成重大损失。泄流槽应有足够宽度,深度以能够确保泄流槽形成自身冲刷为宜,推荐泄流槽开挖深度应该大于1m。