尾矿库溃坝对下游高速公路桥梁的损伤和滑动破坏评估

溃坝尾砂泥石流是介于水和一般自然界泥石流二者之间的一种颗粒相对均匀的砂—水混合物浆体,具有高势能、流速快的特性,易对下游高速公路造成巨大威胁,因此开展溃坝尾砂泥石流对下游高速公路的损伤评估,对于保障尾矿库下游高速公路安全具有重要意义。本研究基于尾矿库溃坝数值模拟并结合泥石流领域的损伤和滑动破坏研究,建立了溃坝尾砂泥石流对下游高速公路桥梁的损伤和滑动破坏评估模型。首先,进行尾矿库溃坝数值模拟确定高速公路桥墩前溃坝尾砂泥石流的流速和深度变化;然后,将流速和深度数值模拟结果代入计算公式对高速公路损伤和滑动破坏进行定量评估;最后得出评估结果。以铜山口尾矿库为例开展工程应用,研究结果表明:尾矿库溃坝后高速公路桥墩损伤满足要求,桥墩基础损伤评估中计算出局部冲刷最大深度为4.456 m,大于桥墩基础顶部距离地面的高度4 m,一部分桥墩基础将受到侵蚀破坏;桥梁滑动破坏评估中计算出桥墩抗滑动稳定性系数为1.02,低于规范限制1.2,高速公路桥梁存在横向滑动风险。     

尾矿库溃坝泥石流的演进过程及防护措施研究

以实际工程为例,建立三维溃坝数值模型,对尾矿库溃坝泥石流的演进规律进行三维数值模拟,得到淹没范围以及溃坝泥石流速度、堆积厚度随时间的变化规律,并通过实测资料对数值模拟结果进行验证。将拦挡导流坝应用于实际工程中,旨在通过人为改变泥石流的演进方向,最大程度地降低泥石流灾害。通过分析设置拦挡导流坝前后的泥石流运动特征,证明拦挡导流坝不仅对泥石流起到导流作用,还可拦蓄一部分泥石流,有效地减小泥石流向下游的演进距离。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于UAV高分辨率摄影测量的尾矿库溃坝模拟

针对大型尾矿库溃坝灾害问题,目前大多数研究没有考虑真实地形的影响,往往对模型进行了简化。将近年发展起来的无人机摄影测量技术应用到尾矿库溃坝模拟研究领域,使用专业航测无人机对山东某尾矿库进行摄影测量,获取库区及下游区域的影像及POS数据,然后通过摄影测量三维重建软件,生成了高精度三维模型,重建影像分辨率达到2.74cm/pixel,三维模型的精度达到了厘米级。基于无人机摄影测量三维重建的高分辨率地形,应用三维计算流体力学软件对尾矿库进行溃坝模拟,得出了尾矿库溃坝后溃决水流和尾砂的淹没范围及演进规律;通过在下游不同位置布设监测点,得出不同监测点处水流速度、淹没深度及尾砂的淤积厚度随时间的变化规律,预测了溃坝后果及危害程度。     

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。     

尾矿库溃坝数值计算及对下游影响分析

尾矿库溃坝与水库溃坝和山体泥石流爆发在工程条件上有一定的相似之处。采用工程类比法,借鉴水库溃坝与山体泥石流的研究成果,结合尾矿库溃坝自身的特点,针对逐渐溃坝的情况,对原有模型进行适当调整,得出下泄砂流的洪峰流量、下游沿程最大洪峰流量以及坝下游某处洪峰高度的计算公式,给出了最大洪峰流量到达该处的时间计算公式。将计算公式应用于实际工程,其计算结果为溃坝下游影响分析提供了充分数据,也为尾矿库的设计与管理提供了必要的数据,为尾矿库选址提供了理论依据。     

尾矿库洪水漫顶溃坝实验研究及数据分析

尾矿库是我国安全监管工作的重点内容之一,因其位置的特殊性,极易引发重特大事故。在加强尾矿库日常安全监管、降低事故隐患的基础上,建立漫顶溃坝试验模型研究坝体溃坝的演化过程、下泄流量及冲击距离,对加强下游库区安全管理、降低事故后果严重程度具有重要意义。本文基于相似理论建立了尾矿库漫顶溃坝物理模型,深入研究尾矿库漫顶溃坝过程中演化规律、冲击速度及下泄流体过泥深度等内容,并将实验结果与尾矿库溃坝计算模型结果进行对比,对比验证了物理模型实验数据的适用性、准确性,实验结果可为洪水期尾矿库的安全管理尤其是库区下游的治理工作提供理论和技术支撑。     

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。     

太平掌铜矿露天采场滑坡体处置方法研究

开采过程中,大平掌铜矿露天采场东南部边坡顶部出现了局部裂缝,变形破坏范围大,程度深,局部出现了坍塌,给矿山安全生产造成了较大的隐患。通过对大平掌采场东南部露天滑坡体边坡的工程地质调查,确定造成滑坡的主要因素,提出3种处置方案。采用敏感分析法和正交试验设计,对采场东南部边坡稳定性进行了系统分析研究,并借助MicroMine软件对滑坡主轴方向所取剖面进行边坡岩土体参数反演分析,直观反映工程内部结构和分析结果。综合考虑本矿山所处地理位置、地震记录及矿山生产经营的需要,选出最优处置方案。采用最优方案进行处理后,大平掌矿东南部滑坡体得到有效控制。     

头顶尾矿库溃坝下游平原区防护措施优选研究

头顶尾矿库安全风险巨大,极易引发重大安全事故,因此,对该类尾矿库溃坝泥石流演进过程和下游防护措施进行研究具有重要意义。针对下游为开阔平原地形的尾矿库,通过模型试验与数值模拟两种方 法,研究了在不同下游拦挡坝布置形式下,坝体下游各位置的泥沙淤积厚度以及淹没范围,在此基础上对下游防护拦挡坝的布置形式进行了优选。通过分析溃坝后下游泥沙淤积厚度以及淹没范围,得出：①拦挡坝具 有拦挡和导流的双重作用,其中导流又分为横向导流和纵向导流。②坝体角度不同,拦挡坝发挥的作用不同：坝体夹角越大,表现为拦挡作用越明显;坝体夹角越小,表现为导流作用越明显。③坝体夹角为128°的拦 挡坝为最优防护措施,原因在于该坝型的折角可减缓下泄泥沙对坝体的冲击力,并且该坝型的双向导流作用增大了下泄泥沙的流动范围,降低了下游泥沙淤积厚度,能够使泥沙有效地排到周围,减小对下游居民的危 害。研究成果可为下游尾矿库防护措施优选提供决策依据。     

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。     

铜离子在尾矿库坝体中迁移数值模拟*

为了查明重金属污染物在某尾矿库坝体中迁移情况并做出影响性预测，采用数值实验对该重金属尾矿库进行模拟计算，概化尾矿库坝体条件，建立地下水流动模型与地下水污染物（以尾矿浸出液中铜离子为例）迁移模型，利用TOUGH2软件模拟计算得出各个时刻铜离子污染物在坝体中的分布状态。模拟计算结果表明，铜离子污染物在地下水流场中运移以扇形向周围扩散，铜离子污染物在坝体中的运动规律符合地下水流场特征；随着时间的推移，运移范围在坝体内逐渐扩大；随着运移距离的增大，污染物浓度逐渐减小；在2 750 d时，铜离子出露于坝体进入自然环境，并产生影响。结果为尾矿库周边环境污染防治措施提供了依据。     

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。