8553644_叶仁强_模型沙容重及水下休止角对尾矿库溃坝相似性影响研究_叶仁强_模型沙容重及水下休止角对尾矿库溃坝相似性影响研究.docx

摘要VII摘要各类矿业助力经济发展的同时伴随产生的矿石废料堆积体——尾矿库时刻威胁着周边的自然环境及居民生命财产安全尾矿库溃坝导致的灾难也时有发生因此对尾矿库溃坝的危害研究刻不容缓。物理模型相似试验一直以来都是溃坝研究的重要方法在模型设计以及相似理论方面有一套较为完善的体系但尾矿库溃坝相似试验需要满足的相似条件较多找到合适的相似模型沙较为困难。本文通过分析相似理论发现模型沙容重与水下休止角对相似性有较大影响用原型尾矿沙与不同容重及水下休止角模型沙进行溃坝相似试验研究分析模型沙容重与水下休止角对模型试验相似性的影响规律并利用Flow-3D数值模拟进行验证。主要研究内容及结论如下：1）对相似理论进行分析得出影响相似性的两个较为重要的模型沙指标即容重与水下休止角。通过分析重力相似、阻力相似、粒径相似、起动相似等主要相似理论及休止角与临界拖拽力的关系后发现容重与水下休止角这两个模型沙指标对相似性影响较大由此展开二者对相似试验影响的研究。2）搜集整理模型沙常用材料研究模型沙主要物理参数及级配对水下休止角的影响。在常用材料中选出容重不同的重型、中型、轻型模型沙进行粒径筛分通过控制不同粒径占比配制多种沙样测定水下休止角确定试验所需水下休止角的粒径配比方案；并测定各配比沙样的最大干密度、最佳含水率及起动流速为模型试验奠定基础。3）进行水槽溃坝试验分析容重及水下休止角对溃坝的影响。用不同容重及水下休止角的模型沙进行水槽溃坝试验记录溃口变化各阶段的时间节点以及沙样运动方向的淤积厚度；分析容重和水下休止角的变化对溃坝时间、淤积厚度的影响。试验结果表明：模型沙容重或水下休止角越大溃坝持续时间、淤积厚度均越大；容重越大冲淤距离越小冲淤距离受休止角影响不大。4）原型与各模型之间溃坝相似性研究分析。将原型沙与不同容重及水下休止角模型沙溃坝的各阶段时间节点比尺、淤积厚度比尺分别与理论计算所得时间比尺、淤积厚度比尺进行对比研究模型沙容重与水下休止角对试验相似性的影响。试验结果表明：中型容重且水下休止角与原型接近的模型沙溃坝后时间相似性、淤积厚度相似性均最好。5）Flow-3D溃坝数值模拟与验证。利用Flow-3D进行瞬间溃决与逐渐溃决两种工况数值模拟分析不同容重或水下休止角沙对淤积厚度以及溃坝时间的影响趋势将数值模拟结果与水槽试验结果进行对比。模拟结果表明：两种工况中模型沙容重或水下休止角越大溃坝持续时间、淤积厚度均越大；容重越小冲淤距离越大。与水槽试验结果相吻合。关键词：尾矿库；模型沙；相似试验；容重；水下休止角ABSTRACTABSTRACTWhileallkindsofminingindustryboosteconomicdevelopmentthetailingspondwhichisaccompaniedbytheaccumulationoforewastealwaysthreatensthesurroundingnaturalenvironmentandthesafetyoflifeandpropertyofresidents.Disasterscausedbyitsdambreakalsooccurfromtimetotime.Thereforeitisurgenttostudythedamageoftailingspond’sdambreak.Physicalmodelsimilarityexperimenthasalwaysbeenanimportantmethodfordambreakresearchandthereisarelativelycompletesysteminmodeldesignandsimilaritytheory.Howevertherearemanysimilarconditionstobesatisfiedinsimilarexperimentoftailingsponddambreaksoitisdifficulttofindasuitablesimilarmodel.Firstlyitisfoundthatthemodelsandbulkdensityandtheunderwaterreposeanglehavegreatinfluenceonthesimilaritybyanalyzingthesimilaritytheory.Secondlythedambreaksimilarityexperimentwascarri