尾矿库溃坝下泄尾砂演进数值模拟研究

发布时间：2017-11-03 12:14

  本文关键词：尾矿库溃坝下泄尾砂演进数值模拟研究

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【摘要】：尾矿库是用来堆存废弃尾矿渣的场所,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,将对下游地区的人身及财产安全造成巨大的威胁。尾矿库溃坝尾砂既与水不同,也与一般的泥石流不同,它是介于二者之间的一种颗粒相对均匀的砂-水混合物浆体,其流动性质及变化特性十分复杂,相关的研究仍十分欠缺。目前,对尾矿库溃坝下泄尾砂演进的计算主要是借用溃坝洪水的计算方法,其计算结果很难符合尾砂演进的真实状态。一段时期以来,关于尾矿库溃坝问题的模型试验及计算方法研究成为矿山岩土工程领域的热点问题。本文对尾矿库溃坝数值计算的基础理论进行分析,探讨尾矿库溃坝尾砂浆流变参数的取值方法,并对溃坝下泄尾砂演进规律以及溃坝防治工程对于尾砂浆的缓冲效果两方面进行研究,论文工作及研究成果主要有以下几个方面:(1)尾砂浆流变模型参数在实验测值的基础上,扩大若干倍(本文为1000倍),将其用于尾砂下泄的数值模拟计算,能够得到尾砂沿程堆积的效果,尾砂演进过程及淹没范围等与实际的溃坝尾砂下泄情况具有可比性,模拟结果具有一定的合理性。采用挟沙水流公式计算的结果,亦能在一定程度上吻合数值模拟计算的结果。(2)采用数值模拟法对鹤山市大岗顶铅锌矿尾矿库溃坝下泄尾砂浆进行研究,得到该尾矿库一旦发生溃坝时尾砂下泄的规律及淹没范围,为工程设计提供了参考。尾矿库溃坝后,尾砂浆从溃口处奔泄而下,以高流速向下游演进。下游河道蜿蜒曲折并连接一个大空间平地的地形以及山体的阻挡有利于快速削减尾砂浆的动能和势能,有效减小下泄尾砂的淹没范围。(3)植树种草和拦挡坝防治工程对下泄尾砂浆均具有良好的阻挡效果。下游地区的植物越高大越密集,对于尾砂浆的阻挡缓冲作用就越明显;拦挡坝能有效缩短下泄尾砂的演进距离,将溃坝尾砂拦截在坝前。
【关键词】：尾矿库 溃坝 数值模拟 防治工程
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV649;TV122.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 研究背景与研究意义10-11
• 1.2 尾矿库溃坝尾砂演进问题研究现状11-17
• 1.2.1 经验公式法12-13
• 1.2.2 模型试验法13-14
• 1.2.3 数值模拟法14-17
• 1.3 尾矿库溃坝研究现状小结17-18
• 1.4 本文研究内容18-20
• 第二章 尾矿库溃坝数值计算的基础理论分析20-33
• 2.1 尾砂浆流变模型的选择20-22
• 2.2 尾矿库溃坝数值模拟的基本假定22-23
• 2.3 溃坝尾砂浆的运动控制方程23-27
• 2.3.1 连续方程24
• 2.3.2 动量方程24-27
• 2.4 数值分析的计算方法27-28
• 2.4.1 有限差分法27
• 2.4.2 有限元法27-28
• 2.4.3 有限体积法28
• 2.5 有限控制方程的离散28-31
• 2.6 ANSYS CFX数值模拟软件简介31
• 2.7 本章小结31-33
• 第三章 尾砂浆流变参数取值方法探讨33-50
• 3.1 问题的提出及解决思路33
• 3.2 模型流变参数试验及选取33-35
• 3.3 简单概化模型数值模拟试算35-39
• 3.3.1 模型及网格划分35-36
• 3.3.2 溃口平均宽度36-37
• 3.3.3 溃砂总量及流量过程线37-38
• 3.3.4 边界条件设置38-39
• 3.3.5 初始条件设置39
• 3.3.6 求解控制条件39
• 3.4 数值模拟计算及结果分析39-42
• 3.5 与挟沙水流沉淤积计算的对比分析42-49
• 3.5.1 挟沙水流的基本概念42-43
• 3.5.2 挟沙水流的计算理论43-48
• 3.5.3 挟沙水流的计算结果48-49
• 3.5.4 数值模拟与挟沙水流计算结果的对比分析49
• 3.6 本章小结49-50
• 第四章 鹤山市大岗顶铅锌矿尾矿库溃坝研究50-71
• 4.1 工程概况50-53
• 4.2 计算工况确定53
• 4.3 计算模型建立53-58
• 4.3.1 几何模型构建53-55
• 4.3.2 模型网格划分55
• 4.3.3 模型参数及边界设置55-58
• 4.4 尾矿库溃坝数值模拟结果分析58-66
• 4.4.1 溃坝尾砂演进历程58-60
• 4.4.2 溃坝尾砂下泄流速60-64
• 4.4.3 溃坝尾砂最终淹没情况64-66
• 4.5 大岗顶铅锌矿尾矿库溃坝安全距离分析66-69
• 4.5.1 安全距离的概念66-68
• 4.5.2 实际溃坝案例的影响距离调查68-69
• 4.5.3 大岗顶铅锌矿尾矿库安全距离估计69
• 4.6 本章小结69-71
• 第五章 尾矿库溃坝防治工程缓冲效果数值模拟研究71-80
• 5.1 植树种草防治工程缓冲效果的数值模拟72-73
• 5.1.1 计算工况的确定72
• 5.1.2 不同植物对尾砂浆缓冲效果的影响72-73
• 5.2 拦挡坝防治工程缓冲效果的数值模拟73-78
• 5.2.1 计算工况的确定74-75
• 5.2.2 拦挡坝与溃口间距离对尾砂浆缓冲效果的影响75-77
• 5.2.3 拦挡坝坝高对下泄尾砂浆缓冲效果的影响77-78
• 5.3 本章小结78-80
• 结论与展望80-82
• 1、论文主要结论80-81
• 2、研究展望81-82
• 参考文献82-85
• 攻读硕士期间取得的研究成果85-86
• 致谢86-87
• 附件87

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本文编号：1136144