尾礦壩漫頂潰壩砂流演進(jìn)數(shù)值模擬與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià).pdf

1、尾礦設(shè)施是礦山生產(chǎn)要素的重要組成部分，同時(shí)也是潛在的危險(xiǎn)源。伴隨礦業(yè)工程的不斷發(fā)展，尾礦壩事故屢有發(fā)生。尾礦壩潰壩事故不僅使尾礦流失，破壞下游地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，而且造成巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。影響壩體安全性的因素很多，有設(shè)計(jì)方面的、管理方面的、筑壩材料及筑壩方式等，總的來(lái)說(shuō)引起潰壩的因素主要有洪水漫壩、壩體地震液化、邊坡失穩(wěn)、滲流破壞等。國(guó)內(nèi)外尾礦庫(kù)重大惡性事故大多由洪水漫頂引起，因此，開展尾礦壩漫頂潰壩研究，對(duì)提高尾礦庫(kù)的本質(zhì)安全性和

2、安全管理水平，減少和控制尾礦庫(kù)運(yùn)行中的危險(xiǎn)、有害因素，降低尾礦庫(kù)生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)和預(yù)防事故發(fā)生，指導(dǎo)尾礦壩的防洪渡汛等方面都具有重要意義。
　　論文從水力學(xué)、土力學(xué)、水文學(xué)、泥沙動(dòng)力學(xué)和尾礦工程等學(xué)科出發(fā)，深入系統(tǒng)地研究了尾礦壩漫頂潰壩機(jī)理和過(guò)程，構(gòu)建了潰壩砂流在下游演進(jìn)的控制方程，最后對(duì)尾礦壩漫頂潰壩事故進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。本文主要進(jìn)行了以下幾方面的研究工作:
　　(1)研究了與漫頂相關(guān)的尾礦庫(kù)洪水計(jì)算和調(diào)洪演算方法。洪水計(jì)算部分

3、研究了洪水的洪峰流量和洪水總量計(jì)算方法以及洪水過(guò)程線繪制。調(diào)洪演算的目的是根據(jù)既定的排水系統(tǒng)確定所需要的調(diào)洪庫(kù)容及泄洪流量，本文以某Ⅳ級(jí)銅礦尾礦庫(kù)為例，分別按頻率P=1％和P=1‰進(jìn)行調(diào)洪演算，對(duì)排洪系統(tǒng)進(jìn)行校核。
　　(2)探討了兩個(gè)基本理論:剪切應(yīng)力（或牽引應(yīng)力）和“陡坎”沖刷模型;研究了漫頂以后壩面侵蝕和漫頂潰壩機(jī)理;在研究和分析土石壩漫頂潰壩破壞過(guò)程的基礎(chǔ)上，結(jié)合尾礦壩自身特點(diǎn)以及相關(guān)理論，提出了尾礦壩漫頂潰壩破壞過(guò)程。<

4、br>　　(3)研究了潰口下泄尾礦砂流流量過(guò)程線的計(jì)算方法。一方面，尾礦壩屬于散粒體壩，尾礦壩的潰決一般情況下屬于逐漸潰壩，首先以DAMBRK模型為基礎(chǔ)，結(jié)合水量平衡方程，求出潰壩水流過(guò)程線，同時(shí)考慮下泄尾砂量并改變時(shí)變過(guò)程，提出了基于逐漸潰的尾礦壩潰壩砂流流量過(guò)程線。另一方面，由于尾礦壩潰決時(shí)往往伴隨著暴雨，庫(kù)區(qū)尾礦砂呈飽和狀態(tài)，為安全起見(jiàn)，往往考慮最不利的情況，即發(fā)生瞬時(shí)潰壩，采用4次拋物線來(lái)概化尾礦壩潰壩下泄砂流流量過(guò)程線。

5、>　　(4)尾礦庫(kù)潰壩后尾礦砂下泄引起的砂流本質(zhì)上屬于滑坡或泥石流，其運(yùn)動(dòng)類似于流體流動(dòng)，在考慮砂流運(yùn)動(dòng)受其重力、動(dòng)水壓力和底床剪切阻力影響情況下，根據(jù)質(zhì)量守恒原理和動(dòng)量守恒原理推導(dǎo)建立了尾礦砂流連續(xù)方程和運(yùn)動(dòng)方程，二者構(gòu)成的方程組即為描述尾礦砂流演進(jìn)過(guò)程的控制方程。運(yùn)用算子分裂法和特征線法，求解了尾礦砂流演進(jìn)控制方程，構(gòu)建了控制方程的離散格式。應(yīng)用該控制方程對(duì)某失事尾礦壩潰壩砂流進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果表明，理論值與實(shí)際砂流的覆蓋范圍與厚度較為

6、吻合，證明控制方程是合理、正確的。
　　(5)以首云鐵礦和尚峪尾礦庫(kù)為例，應(yīng)用所構(gòu)建的尾礦砂流演進(jìn)控制方程模擬了尾礦壩潰壩以后潰壩砂流在下游演進(jìn)運(yùn)動(dòng)。
　　(6)提出了基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的尾礦壩漫頂潰壩定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法。在尾礦壩漫頂潰壩故障樹的基礎(chǔ)上，利用GeNIe軟件進(jìn)行建模分析，計(jì)算出漫頂潰壩事故概率，基本事件的后驗(yàn)概率和各種重要度，并得到重要度的平均排列順序。用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指數(shù)法，結(jié)合尾礦壩漫頂潰壩可能性和潰壩后果嚴(yán)重度的分析