基于ArcGIS和SWMM的闭库排泥库雨水管网改造研究与应用

铝工业排泥库库泥级配以细黏粒为主,目前通过单一管井排出地表水,降雨后地表积水不能及时排出,雨水下渗影响库泥固结,成为天然泥石流风险源。本文以广西百色某排泥库为研究区,构建库区SWMM模型,模拟不同重现期降雨情景,对库区现有排水管井系统进行分析,并重新设计库区排水系统,通过模型优化改进排水系统。研究结果表明：通过参数校准后模型径流系数为0.683,Nash-sutcliffe系数为0.833,构建的模型能够反映现库区水文特性。目前,排水系统排水能力较弱,不同重现期降雨情景下超过85%的管道和节点均发生了超载,且超载时长在7 h以上。针对性进行超载管道改进,改进后不同重现期降雨情景下的节点和管道的超载率、超载时长大幅下降;库面洪峰流量减少约58%,洪峰提前约35 min,库面积水量削减约30%,积水时间下降约3.5 h,库区的排水能力大幅提升,减少积水对库泥积水的影响,为类似工程水文计算提供新手段。     

基于人工神经网络的矿井水排水量预测

矿井水排水量预测是一个难题。受降雨、河流、含水层等自然因素和煤矿开拓面积的扩大、水平的延伸等人为因素的影响,矿井水年排水量时间序列是非线性的。针对该问题,采用人工神经网络方法建立了矿井水排水量预测模型,通过预测结果比较可知,该模型具有较高的精度,将对以后矿井水排水量的预测起到一定的指导作用,并为矿井水利用规划的制定奠定了基础。     

突水断层水量预测的数值模拟

基于对断层形态、产状要素、力学性质及断层导水性质的认识,分析了断层突水通道形成的影响因素,认为在水压与多次应力的作用下,裂隙的导水性变化与时间存在指数关系;给出了突水量预测的变参数渗流模型,并对赵各庄矿9水平东翼石门突水事故的突水量进行了模拟.计算结果表明:与一般渗流模型相比,变参数渗流模型能够模拟出突水量的变化过程,用于描述滞后突水或涌水具有合理性,更适合于分析突水水源、突水通道及突水量之间的变化关系.     

构造破碎带滞后突水渗流转换理论与试验研究

为了揭示煤矿构造破碎带易发生滞后大型突水内在机理,寻求其治理理论和试验依据,在收集我国煤矿典型断层和陷落柱滞后型突水实例并分析其特征的基础上,设计进行了高水压下构造破碎带突水模拟试验,得到了不同充填物类型构造破碎带,在1～5 MPa的水压下,充填物冲出量、突水量随时间的变化曲线;发现水压小时构造破碎带突水量随时间变化不大、高水压下由小到大变化过程特征。据此进行理论分析认为,高水压条件下构造破碎带突水是一伴随内部组成结构变化的＂孔隙流—裂隙流—管道流＂渗流类型转换过程,渗流转换是构造破碎带滞后型突水的内在机理;治理构造破碎带大型突水就是改造其管道、裂隙状结构成孔隙介质直至不透水带的过程。     

降雨-蒸发-蒸腾与地下水耦合作用下的 大型尾矿库重金属Cu౽౵ 迁移模拟分析

考虑降雨 蒸发 蒸腾与地下水耦合作用,以本钢集团 歪头山铁矿尾矿库为例,利用 Geostudio软件中的 SEEP/W、 VADOSE/W 和 CTRAN/W 模块,模拟降雨 蒸发 蒸腾作 用下的尾矿库地下水渗流特性及重金属污染物的迁移规律. 结果表明:尾矿库的垂直剖面孔隙水压力沿靠近坡面方向呈 下降趋势,深层土壤的孔隙水压力基本不受降雨 蒸发 蒸 腾作用影响;降雨 蒸发 蒸腾作用对重金属污染物的迁移 起干扰作用;重金属污染物Cu２＋ 在０~１０９５d内沿初期坝方 向迁移,重金属 Cu２＋ 浓度随时间推移而增大;考虑降雨 蒸 发 蒸腾作用,一定程度上增加了重金属污染物在１０９５d内 的总移距和平均速度.研究结果为大型尾矿库环境地质评 价和污染预测防治提供依据     

降雨-蒸发与地下水耦合作用下的大型尾矿库重金属Cu2+迁移数值模拟分析

为考虑降雨-蒸发与地下水耦合作用对尾矿坝重金属迁移的影响,以本钢集团歪头山铁矿尾矿库作为工程背景,应用Geostudio软件,选择SEEP/W、VADOSE/W和CTRAN/W模块,模拟降雨和蒸发作用下的尾矿库地下水的渗流特性及重金属污染物的迁移规律。结果表明,降雨-蒸发作用对尾矿库表层土壤的孔隙水压力有影响,深层土壤基本无影响;考虑降雨-蒸发作用在一定程度上增加了重金属污染物在1825d内的迁移距离和平均迁移速度;重金属污染物Cu2+的浓度随时间推移而升高,考虑降雨-蒸发作用对于重金属污染物浓度起扰动作用;预测重金属污染物粒子在尾矿库土壤中历经7a迁移出露到坡面。研究结果为相似工程案例提供重要参考,为尾矿库环境地质评价和污染预测防治提供有力的科学依据。     

孙家庄滑坡失稳机制分析

根据兴山孙家庄滑坡的地质资料,阐述该滑坡物质组成及结构特征。基于宏观变形特征,结合监测数据对孙家庄滑坡的变形机制进行分析,并对其稳定性进行计算,预测滑坡的变形趋势。分析表明孙家庄滑坡的变形主要与库水的软化、浮托作用和降雨作用有关,但库水的影响明显小于降雨的影响,可将该滑坡归结为水库—降雨型滑坡;通过稳定性计算,也表明影响滑坡稳定性主要为降雨因素,综合评价该滑坡的发展趋势为不稳定。     

非饱和土边坡降雨入渗过程及最大入渗深度研究

系统分析了降雨入渗对土体基质吸力、土体应力、位移的影响, 并对非饱和土边坡降雨入渗过程进行了总结分析, 首次从能量角度提出了降雨入渗最大深度的概念, 认为雨水能够在土体中下渗, 主要是因为存在一定的驱动势能差, 通过推导, 得出了最大入渗深度的计算公式, 该公式与土体的孔隙水压力有关。由于降雨而引起的边坡土体滑坡中, 绝大多数滑动面都在边坡土体的最大入渗深度的范围之内, 通过对最大入渗深度和滑动面的关系研究, 可以初步估计滑坡规模, 从而在滑坡治理中计算确定滑动面, 合理地确定治理方案的参数, 如锚杆或土钉的长度、抗滑桩的长度等。     

降雨-蒸发-蒸腾与地下水耦合作用下的大型尾矿库重金属Cu~(2+)迁移模拟分析

考虑降雨-蒸发-蒸腾与地下水耦合作用,以本钢集团歪头山铁矿尾矿库为例,利用Geostudio软件中的SEEP/W、VADOSE/W和CTRAN/W模块,模拟降雨-蒸发-蒸腾作用下的尾矿库地下水渗流特性及重金属污染物的迁移规律。结果表明:尾矿库的垂直剖面孔隙水压力沿靠近坡面方向呈下降趋势,深层土壤的孔隙水压力基本不受降雨-蒸发-蒸腾作用影响;降雨-蒸发-蒸腾作用对重金属污染物的迁移起干扰作用;重金属污染物Cu~(2+)在0～1095 d内沿初期坝方向迁移,重金属Cu~(2+)浓度随时间推移而增大;考虑降雨-蒸发-蒸腾作用,一定程度上增加了重金属污染物在1095 d内的总移距和平均速度。研究结果为大型尾矿库环境地质评价和污染预测防治提供依据。     

综放开采断层活化突水渗-流转换试验研究

为了揭示断层活化突水水量变化过程机理,在综放开采工作面断层突水实例分析的基础上进行了断层活化突水相似材料模拟,设计了在断层上盘下方开采和下盘下方开采时不同水压力作用下的断层活化突水的试验模型.根据试验所获得的数据分析了水流雷诺数、断层带充填物和断层带空隙度随时间的变化规律,并对比了空隙度和涌水量随时间的变化规律.根据分析结果得到综放开采断层活化突水经历了孔隙流—裂隙流—管道流过程,并根据试验得到的充填物涌出量随时间的变化规律判断孔隙流向裂隙流转换的时刻(7,9,13和15 s),根据空隙度随时间的变化规律判断裂隙流向管道流转换的时刻(30,35和40 s).试验结果解释了综放开采断层活化突水渗流转换现象,与现场综放开采断层突水实例表现特征吻合.