【摘 要】
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尾矿库是用于堆存矿石选别后排出尾矿或其他工业废渣的场所。我国尾矿库的数量众多,因洪水漫顶导致尾矿库溃坝的事故更是不胜枚举,给下游居民造成了重大的财产损失及严重的环境污染。国内外学者对尾矿库漫坝进行了诸多研究,并取得了丰硕的成果;但随着加筋尾矿坝越来越多,其漫顶侵蚀破坏特性的研究却鲜有报道。因此,本文以泥沙动力学为理论基础,围绕加筋尾矿水动力特性等关键问题,对加筋条件下尾矿颗粒的起动临界条件以及侵蚀
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目《加筋高堆细粒尾矿坝漫坝破坏宏细观力学特性及其行为预测模型研究》（No.51974051）；
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尾矿库是用于堆存矿石选别后排出尾矿或其他工业废渣的场所。我国尾矿库的数量众多,因洪水漫顶导致尾矿库溃坝的事故更是不胜枚举,给下游居民造成了重大的财产损失及严重的环境污染。国内外学者对尾矿库漫坝进行了诸多研究,并取得了丰硕的成果;但随着加筋尾矿坝越来越多,其漫顶侵蚀破坏特性的研究却鲜有报道。因此,本文以泥沙动力学为理论基础,围绕加筋尾矿水动力特性等关键问题,对加筋条件下尾矿颗粒的起动临界条件以及侵蚀速率进行了深入研究。首先将云南某尾矿筛分为＜0.038mm、0.038～0.075mm、0.075～0.109mm、0.109～0.27mm 4组粒级,并按不同质量百分比配成8组不同粒径的尾矿样品;其次通过自制的加筋尾矿水力侵蚀试验装置,开展加筋间距为2.5、1.7、1.3、1.0 cm（即筋带层数为1、2、3、4层）的尾矿颗粒起动试验,揭示了加筋条件下尾矿颗粒的起动临界条件,建立了不同加筋间距的尾矿起动流速公式;并通过水力侵蚀试验、加筋尾矿库漫坝试验,构建了加筋尾矿坝水力侵蚀速率预测模型;最后采用FLOW-3D模拟软件,分析了加筋尾矿库漫顶侵蚀破坏过程。研究成果可对完善加筋尾矿坝漫顶侵蚀破坏预测提供支撑,具有一定指导意义。具体研究成果如下:1.自行研制了一套加筋尾矿水力侵蚀试验装置,该装置主要设有蓄水槽、起动侵蚀试验系统、流量控制及监测系统、颗粒起动侵蚀过程监测系统。开展了加筋尾矿颗粒起动细观特性研究,通过加筋尾矿颗粒起动试验可知,随着加筋间距的减小,加筋尾矿颗粒的起动流速逐渐增大;加筋尾矿起动流速与颗粒中值粒径呈负相关、与粘性颗粒含量呈正相关关系,其变化趋势与未加筋时尾矿颗粒起动一致。基于泥沙起动理论,假设筋带对颗粒起动的阻力为FT,方向与颗粒运动方向相反,引入筋带系数f（d）,建立了加筋尾矿颗粒起动流速公式。2.开展了加筋尾矿侵蚀宏观特性研究,通过加筋尾矿侵蚀试验可知,随着加筋间距的减小,加筋尾矿侵蚀速率逐渐减小;加筋尾矿侵蚀速率与颗粒中值粒径呈正相关、与粘性颗粒含量呈负相关关系。基于泥沙冲刷理论,建立了加筋尾矿侵蚀速率公式;考虑到加筋尾矿库洪水漫坝过程中坝体的垮塌现象,引入了垮塌系数K（d）,通过5组不同加筋间距（3.0、4.0、4.5、6.0、7.5 cm）的尾矿坝漫顶试验,建立了加筋尾矿坝水力侵蚀速率公式。3.以某尾矿库为例,通过建立的加筋尾矿颗粒起动流速公式计算加筋条件下尾矿起动临界希尔兹数,采用FLOW-3D数值软件,模拟加筋间距为70cm的尾矿库漫顶侵蚀破坏过程,通过对比加筋尾矿坝水力侵蚀速率公式,结果基本吻合,可为加筋尾矿坝漫顶侵蚀破坏预测参考。
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