强震作用下尾矿库溃坝演化规律及失稳模拟方法研究

研究强地震作用下尾矿库溃坝演化规律及数值模拟方法，对于建立我国尾矿库抗震能力评估体系，减少地震后尾矿库次生灾害的发生具有重要意义。本项研究拟采用室内试验、理论分析、数值计算和离心机模型试验等手段，开展强地震作用下尾矿库溃坝灾害的物理机制和数值模拟方法方面的研究工作。在掌握"5.12"汶川地震中震区尾矿库受灾情况 的基础上，分析强地震作用下尾矿库溃坝模式和溃坝路径，建立管涌、浸润线过高、贯穿裂缝等导致坝坡失稳的演化规律；进行尾砂动三轴试验，建立尾砂动力反应特性的本构模型，开发描述尾矿库地震液化和动力失稳的有限元数值仿真计算模型和计算程序；通过进行汶川地震中溃坝的江油市雁门硫铁矿尾矿库溃坝过程的离心机模型振动台试验，对建立的数值仿真模型和计算程序进行验证；研究成果在汶川震区6座尾矿库的地震风险评估中应用并验证后，建立尾矿库抗震能力评估准则。

本项目申请和立初期，对国内外有关强震作用下尾矿库溃坝演化规律及失稳模拟方法研究进展行了广泛调研，内容能够针对强震作用下尾矿库溃坝演化规律及失稳模拟方法的前沿问题，并制定了合理可行的技术路线。项目执行中严格按照项目计划书开展研究工作，过程未对内容进调整和变动，针对研究目标、研究内容对科学问题进行深入细致的研究。.课题按照项目任务书要求，通过室内实验、理论分析、数值计算和离心机模型试验等手段，开展强地震作用下尾矿库溃坝灾害的物理机制和数值模拟方法方面的研究工作。进行尾砂动三轴试验，建立尾砂动力反应特性的本构模型；搭建了尾矿库溃坝露天试验场，进行了二十余次的尾矿库溃坝试验物理模型，以国内某尾矿库为研究对象，基于非恒定水流泥沙非平衡非饱和冲刷机理，根据模型相似理论和溃决侵蚀模型原理，模拟尾矿库洪水漫顶溃坝过程，建立尾矿库漫顶溃坝演化模型。试验结果表明尾矿库洪水漫顶溃坝位移与坝体饱和程度有关，坝体浸润线越高，尾矿库溃坝时滑动位移越大，溃口破坏程度取决于溢流对坝体的冲刷侵蚀作用；在该试验条件下，获得尾矿库洪水漫顶溃坝过程中坝体位移、浸润线高度、溃口最大流速和溃口的演化规律，分析尾矿库溃坝模式和溃坝路径，建立管涌、浸润线过高、贯穿裂缝等导致坝坡失稳的演化规律；开发了描述尾矿库地震液化和动力失稳的有限元数值仿真计算模型和计算程序；通过进行尾矿库溃坝过程的离心机模型振动台试验，采用离心场图像采集系统、非接触位移测量系统及动态注水系统，采用Kobe波作为地震输入，测量了模型加速度、孔隙压力、面板应力变形、坝体位移及其发展变化过程。对建立的数值仿真模型和计算程序进行验证；研究成果在汶川震区尾矿库的地震风险评估中应用并验证后，建立尾矿库抗震能力评估准则。.本项目组的研究发表学术论文十篇，其中，SCI检索一篇，EI检索三篇。成员李全明晋升为高级工程师，并被确定为国家安全生产现场支撑组专家。通过本项目的实施，已形成一支以青年学术骨干为主体、立足于矿山工程安全基础和应用基础研究、充满活力的学术研究梯队。本项目研究工作培养博士后1名，已出站。研究成果已达到项目立项预期成果目标。