某高速主线要穿越数量众多的尾矿库群,而尾矿库一旦发生破坏将会直接影响到下游人民的生命财产安全以及高速施工进度,所以确保尾矿库的安全是至关重要的。大多数尾矿库事故的发生是由于排洪系统出现故障导致的,因此,保证尾矿库区的安全首要任务就是要确保尾矿库排洪系统能够安全工作。本文以某高速所穿越的尾矿库排水系统为研究背景,结合水工模型试验与数值模拟方法对尾矿库排水系统中局部泄水建筑物水流流态、水流速度、水流厚度及消能率等进行分析计算,为尾矿库排洪系统的设计提供理论依据。本文试验部分主要工作内容如下:(1)水工模型的设计与制作。将所设计的旋流式竖井分为三种型号,分别为Ⅰ型旋流式竖井泄洪洞、Ⅱ型旋流式竖井泄洪洞、Ⅲ型旋流式竖井泄洪洞,根据试验设计理论,选取有机玻璃作为模型材料,并按照一定比尺的缩放制成水工模型。(2)水工模型试验。试验过程中量测正常工况和洪水工况下排水井的泄流流量。将所测流量施加到Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型旋流式竖井泄洪洞的上游排水隧洞,同时采用合适的方法和设备记录水流速度、竖井段水流厚度等数据,着重观察排洪建筑物的水流流态,并计算三种型号泄水建筑物竖井的消能率。近些年快速兴起的计算流体力学(CFD)方法较于水工模型试验具有低成本、高效率、数据全面等优势,在工程界、学术界得到了广泛的应用,但是在尾矿库排洪系统的设计和研究领域该方法并未被普遍应用。本文对CFD主要湍流模型理论、湍流的数值模拟、数值求解方法等理论知识进行了阐述。结合水工模型试验,在计算流体软件中创建三种型号旋流式竖井的三维数值模型,模拟计算其典型部位水流流速、水流流态及压力等。所得数值模拟结果与试验结果基本相符。