尾矿库渗流场的数值模拟与模型试验研究

发布时间：2020-09-09 19:29

　　尾矿库是一种特殊的水工建筑物,在安全和环保上又是重大的危险源和污染源,它的安全运行对矿山有重要的意义,并直接关系下游居民的安危和公共设施的安全。作为矿山安全生产的重要设施,尾矿库坝体内贮存大量的尾矿砂和水,从已发生的尾矿库溃坝事故可知,其破坏大多与水有关,渗流引发的各类问题很复杂,总之,坝体内渗流是影响尾矿库安全稳定的重要因素之一。目前,关于尾矿库渗流场方面的研究,现阶段成果颇丰,但多数都是由数值模拟得到,而模型试验方面的研究相对来说较少。本文以模型试验为基础,对尾矿库渗流场进行室内模型试验研究,深入分析渗流场的分布规律,得到坝体浸润线的位置,结合数值模拟方法对渗流场进行研究,主要的研究内容和成果如下:(1)总结国内外尾矿库的研究方法及其研究进展,依据尾矿库渗流场的基本特性,进行室内模型试验并结合数值计算方法,全面、系统地介绍了室内堆坝工艺及渗流分析理论。根据渗流基本理论和有限元法原理,阐述三维渗流基本微分方程及其定解条件。(2)在相似理论的基础上进行模型砂的选取,并确定其物理、力学性质。(3)总结影响尾矿库渗流场的各项因素,以二维渗流场为例,根据概化的尾矿库基本剖面在多功能土工试验槽内进行尾矿库渗流场影响因素的模型试验,通过模型试验探讨初期坝透水能力、尾矿堆积干滩长度、尾矿堆积坝下游坡比对渗流场的影响程度。(4)以承德市某尾矿库为原型在室内堆坝,进行模型试验研究,测量浸润线的分布,并与三维数值模拟结果和现场实测情况进行了对比。研究结果表明,采用数值模拟得出的结果与现场实际情况基本吻合,模型试验得出的结果与实际情况更加吻合。从而进一步说明正确、合理进行模型试验可以为尾矿库设计、运营提供重要的依据。
【学位单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TV223.4;TD926.4
【部分图文】：

试验装置图,达西定律,试验装置,水力坡降

图 2-1 达西定律的试验装置范围流速度与水力坡降呈正比关系的流速度或水力坡降增大时，会使水西定律即失去意义。故达西定律又限可以用粒径、渗透系数直接进也总结了符合达西定律的水力坡降表 2-1 粒径与水力坡降的关系 0.1 0.2 100 12 的适用范围，也可以采用渗流的

示意图,四面体单元,示意图,三维渗流

没有流量从该面流入或流出，故浸润H =z润面上任一点的水头函数值； z 为浸润面上流的全部边界。分析方法三维渗流微分方程无法求解，而是利用有 )的函数，求此函数的极值即为方程的解。 Galerkin 法构造的泛函为2 2 21( ) ( ) ( )2x y zH H Hk k k dxdx y zΩ + +

工艺图,尾矿堆,工艺图,尾矿库

第四章渗流场影响因素的模型试验外大量的理论分析结合工程实践表明，尾矿库坝体渗流浸润矿库稳定的重要因素之一。相关规程中明确规定，在尾矿库浸润线(面)的位置，为渗流稳定分析计算提供依据[9]。库渗流场的影响因素有很多，研究这些因素对渗流场影响程值模拟进行，本章主要从二维模型试验入手，详细探讨初期长度、尾矿堆积坝下游坡比对渗流场的影响。型试验装置尾矿库的相关文献及手册，国内多数(85%)以上的尾矿库采用式尾矿筑坝法是指在初期坝上游方向充填堆积尾矿的筑坝方 4-1 所示。

【参考文献】