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。     

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。     

二维流模型在西关水库溃坝分析中的应用

溃坝洪水一般发生时间短,洪峰流量大,淹没范围广,对于溃坝洪水进行模拟演进分析,并采取相关预防措施十分必要。以迁西县西关水库为例,模拟工况考虑水库坝址下游新建铁路桥1座,分析当西关水库大坝发生溃决时对下游铁路桥的影响。     

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。     

基于云模型的尾矿库溃坝风险模糊评价模型

针对尾矿库溃坝风险评价过程中存在模糊性及不确定性等问题,将尾矿库溃坝作为一个整体并选取合适评价因子,结合改进的层次分析法及云模型理论,建立了适用于尾矿库的溃坝风险模糊评价模型。算例表明,依据各评价因子的赋值标准生成相应的云模型,能够充分的表征评价过程中模糊性、随机性与离散性的特点,经改进的层次分析法计算得到各评价因子的权重后,按照最大隶属度识别准则进行综合评判。最终结果与实际情况相符,进一步佐证该评价模型的正确性和有效性,为尾矿库溃坝风险评价提供了一条新途径。     

两种溃坝模型在唐家山堰塞湖溃决模拟中的对比

基于唐家山堰塞坝溃决的实测数据,使用BREACH模型及中国水科院DB-IWHR模型,对唐家山堰塞坝溃决过程进行了反演分析,并对两种模型进行参数敏感性分析。研究结果表明:使用针对唐家山的参数,两种模型均可较好地反演唐家山溃决洪水的过程,BREACH模型的下游坡比和孔隙率是对结果影响比较敏感的输入参数;DB-IWHR模型在冲刷参数和下游水深计算两方面做了改善,较好地解决了这一问题;DB-IWHR提供了一个Excel格式的计算软件,数值分析稳定性好,使用简洁客观,可供类似堰塞湖应急处置时参考。     

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。     

一、二维耦合模型在梯级水电站大坝溃坝分析中的应用

合理论证溃坝洪水灾害影响对大坝风险评价和应急管理具有重要意义。针对梯级水电站大坝连溃风险,建立一、二维耦合模型,对溃坝洪水演进规律及大坝下游平原洪泛区淹没影响开展分析。以W江梯级水电站为例,考虑汛期与非汛期水库不同运行情况下两种工况的溃坝影响,从典型断面洪峰流量、最高水位以及峰现时间等角度分析溃坝洪水演进规律。在此基础上,以洪泛区最大淹没水深为代表性指标,对溃坝洪水风险等级进行了划分,并绘制洪水风险图,工况1、工况2高风险区面积分别达到431.31 km²和575.76 km²,表明溃坝洪水对下游地区影响严重。相关成果可为应急预案制定和防灾减灾提供重要参考。     

尾矿库坝体溃决演进规律的模型试验研究

本文结合实际工程,在自主研发的尾矿库模型试验平台上完成了尾矿库模型的搭建,进行了由于坝体排渗系统失效致使浸润线持续升高而诱发的尾矿库溃坝模型试验。利用坝体位移跟踪测量系统对尾矿库坝体溃决的演进过程进行了观测,总结了整个试验过程中的溃决模式及破坏形式。结果表明,坝体整体呈逆流牵引型溃决模式,溃决破坏形式大致经历三个阶段:坝面沼泽化诱发张拉裂缝、流土与局部塌落、较大范围崩塌与滑坡,其中前两个阶段是崩塌与滑坡的诱发阶段。在流土破坏出现前会出现堆积坝局部渗水、坝体裂缝等现象,此时若采取有效措施迅速降低浸润线,可避免发生大范围流土破坏。崩塌与滑坡过程溃决量大、持续时间短,一般难以防范。将模型试验结果与数值模拟结果和尾矿库溃坝原型资料对比,三者吻合良好。本文提出的模型试验方法可以预测尾矿库溃坝过程以及对尾矿库溃坝事故进行反演分析。     

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。     

淤地坝淤积对漫顶溃坝洪水影响数值模拟研究

为分析淤地坝淤积高度对漫顶溃坝洪水的影响,选择理想沟道和某小流域内的淤地坝为研究对象,采用耦合溃口演变过程的水动力数值模型,模拟分析了不同淤积程度下淤地坝溃坝洪水过程。研究表明:溃坝洪水流量随淤积高度的增加而减小,且洪峰流量与淤积高度的关系可用二次多项式拟合,相关系数均在0. 99左右,拟合精度较高;淤积高度至坝高20%和40%时,洪峰流量削减率分别达40. 50%和68. 71%,可见在淤地坝运行初期和中期,淤积对洪峰流量的削减效果显著。研究成果对淤地坝系规划及安全度汛有指导意义。     

堰塞坝溃坝数学模型研究与应用

针对堰塞坝坝体土石料的宽级配特性,引入与水流方向垂直的附加作用力来考虑粗颗粒对细颗粒的阻拦、遮蔽作用以及细颗粒对粗颗粒的包围、填实作用,提出了一个可模拟堰塞坝漫顶溃决过程溃口发展规律与流量过程的数值模型和相应的计算方法,利用该模型对唐家山堰塞坝泄流过程进行了模拟,得出的泄流槽发展规律与洪水流量过程与实测资料接近,验证了该模型和计算方法的合理性。进一步,利用笔者建议的数学模型及数值计算方法,比较分析了唐家山堰塞坝除险过程中泄流槽断面型式对堰塞坝泄流过程的影响,发现堰塞湖在采用泄流槽引流除险时,泄流槽深度与断面型式对其泄流过程具有重要影响,增加泄流槽深度,可明显提高泄流效率,但堰塞湖下游将承受更大的风险。对于同样深度的梯形泄流槽,如果将槽底部断面减小,形成复合梯形泄流槽,不仅可减少开挖工作量,而且没有明显降低泄流效率,同时后者的泄流过程更为平缓,最大洪峰流量减小,出现的时间滞后,堰塞湖下游承受的风险也将降低。     

误差反向传播神经网络模型的改进及其应用

针对误差反向传播神经网络模型(BP模型)学习收敛速度慢、容易陷入局部极小点等缺点，提出原始数据的非线性规格化函数、记忆式初始权值、阈值和参数自动优选等方法，对BP模型进行改进。结合陆浑水库大坝沉降实测资料的分析，编制了改进后的BP网络算法程序。分析结果表明，改进后的BP模型对于提高网络运行收敛速度、防止陷入局部极小点、克服手工调试参数的盲目性、提高模型精度等都有较大的改善作用。     

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。     

基于弹塑性理论的尾矿坝应力及变形研究

本文介绍了基于Mohr-Coulomb破坏准则的弹塑性模型的原理,结合某尾矿坝介绍了其建模分析过程,根据工程实际情况分析了其应力及变形计算结果的合理性.     

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。     

尾矿坝漫顶溃决溃口纵向演化与侵蚀试验

通过3组不同入流量下的水槽溃坝试验,对尾矿坝漫顶溃决溃口的纵向演化过程进行了系统分析,讨论了侵蚀率和切应力之间的关系。结果表明:尾矿坝漫顶溃决溃口纵向表现为陡坎侵蚀模式与支点旋转侵蚀模式;溃决流量和密度都呈先上升后下降的趋势,但水砂流密度波动较大;不同入流量影响各阶段大坝的侵蚀率,对阶段1侵蚀率的影响最小,对阶段2侵蚀率的影响最大,最大侵蚀率随上游入流量的增加而增大,但是不影响沿坝床侵蚀率的相对变化;坝体上土体的抗侵蚀能力不仅与坝体材料强度相关,还与坝体上流体的密度关系密切。