CN104818687B - 模拟动力荷载作用下尾矿库溃坝相似模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

模拟动力荷载作用下尾矿库溃坝相似模拟实验装置，属于尾矿库溃坝模拟实验技术领域。本发明的自然条件模拟部分包括水箱，在水箱的上方设置有振动台，振动台与水箱之间通过液压升降柱相连接；在水箱内设置有水泵，水泵的出水口与水管的下端相连接，在水箱的底部设置有滑轮；尾矿库建造模型部分的筑坝挡板的出口处通过转轴与倾斜挡板的上端相连接，倾斜挡板的下端与溃坝测量箱的入口处相连接；溃坝检测部分的孔隙水压力传感器设置在筑坝挡板内，加速度传感器设置在溃坝测量箱的入口处；筑坝挡板设置在振动台上，水管的上端设置在筑坝挡板的上方；在倾斜挡板的下方设置有滑道，自然条件模拟部分通过滑轮设置在滑道上。

Description

模拟动力荷载作用下尾矿库溃坝相似模拟实验装置

技术领域

本发明属于尾矿库溃坝模拟实验技术领域，具体涉及一种模拟动力荷载作用下尾矿库溃坝相似模拟实验装置。

背景技术

近年来，我国作为世界矿业大国，尾矿库数量之多、库容之大、坝体之高在世界上都是少见的；更严重的是，目前处于正常运行的不足70％，大都存在溃坝的风险。此外，多数尾矿库很难避开生态敏感区或人口密集区，因此研究尾矿库溃坝的影响迫在眉睫。针对尾矿库溃坝的研究国内外学者取得了许多的研究成果，主要集中在静力模型实验和尾矿砂动力参数实验上，对于尾矿库动力模型实验研究较少，完全从理论上难以给出可靠的溃决模式，加之动力学问题的复杂性和本构关系的非线性，使得模型实验成为一种必不可少的探索工具。振动台模型实验具有尺寸小、地震参数及波形重复性可控等优势。与现场实验相比，实验室模型实验需将初始条件和边界条件简化，存在一定的误差，但是考虑到现场实验的费用较高，且费时费力，特别是一些破坏性的实验，超前预见性的分析，现场无法进行。因此，进行振动台模型实验是必要的。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种模拟动力荷载作用下尾矿库溃坝相似模拟实验装置，该装置能够模拟尾矿库运营后期，排洪能力下降，在地震荷载作用下的尾矿库溃坝形式，从而得到尾矿库一旦溃坝对下游的淹没范围及溃坝时泥浆的流速及相应峰值高度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种模拟动力荷载作用下尾矿库溃坝相似模拟实验装置，包括自然条件模拟部分、尾矿库建造模型部分及溃坝检测部分；

所述自然条件模拟部分包括水箱，在水箱的上方设置有振动台，所述振动台与水箱之间通过液压升降柱相连接；在水箱内设置有水泵，水泵的出水口与水管的下端相连接，水管的上端设置在振动台的上方，在水箱的底部设置有滑轮；

所述尾矿库建造模型部分包括筑坝挡板、倾斜挡板及溃坝测量箱，筑坝挡板的出口处通过转轴与倾斜挡板的上端相连接，倾斜挡板的下端与溃坝测量箱的入口处相连接；

所述溃坝检测部分包括孔隙水压力传感器、加速度传感器及设置在溃坝测量箱上的水平标尺和若干高程测量标尺；所述孔隙水压力传感器设置在筑坝挡板内，加速度传感器设置在溃坝测量箱的入口处；

所述筑坝挡板设置在振动台上，水管的上端设置在筑坝挡板的上方；在所述倾斜挡板的下方设置有滑道，自然条件模拟部分通过滑轮设置在滑道上。

所述振动台采用电磁振动试验台。

所述液压升降柱设置为两个。

所述水管的上端由三根等间距的PVC管组成，在三根PVC管上设置有等直径的出水孔。

所述高程测量标尺设置为四把，四把高程测量标尺分别安放在距溃坝测量箱的入口0m、1m、2m和3m处。

所述筑坝挡板、倾斜挡板及溃坝测量箱均采用有机玻璃制成。

本发明的有益效果：

本发明的相似模拟实验装置能够模拟尾矿库运营后期，排洪能力下降，在地震荷载作用下的尾矿库溃坝形式，从而得到尾矿库一旦溃坝对下游的淹没范围及溃坝时泥浆的流速及相应峰值高度。

本发明能够实现相似模拟实验在动力荷载作用下的坝体自然溃决实验，并使溃坝发生处的高度可调节，从而能够更真实的模拟不同山体高度下溃坝对下游的影响范围；本发明的倾斜挡板的倾斜角度可调，从而使模拟山体坡度可控；本发明还实现了坝体溃决时坝体内部压力检测及溃坝时泥浆加速度、高度的测量，以此得出坝体下游的安全范围，同时通过该相似模拟实验装置能更好的实现模型的可视化。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的结构示意图；

图2是本发明的自然条件模拟部分的结构示意图；

图3是图2的侧视图；

图4是本发明的尾矿库建造模型部分及溃坝检测部分的结构示意图；

其中：1-水管，2-转轴，3-倾斜挡板，4-高程测量标尺，5-加速度传感器，6-水箱，7-滑道，8-液压升降柱，9-振动台，10-滑轮，11-筑坝挡板，12-孔隙水压力传感器，13-溃坝测量箱，14-水平标尺。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1～图4所示，一种模拟动力荷载作用下尾矿库溃坝相似模拟实验装置，包括自然条件模拟部分、尾矿库建造模型部分及溃坝检测部分。

所述自然条件模拟部分包括水箱6，在水箱6的上方设置有振动台9，振动台9采用电磁振动试验台，所述振动台9与水箱6之间通过两个液压升降柱8相连接；在水箱6内设置有水泵，水泵的出水口与水管1的下端相连接，水管1的上端由三根等间距的PVC管组成，在三根PVC管上设置有等直径的出水孔，在水箱6的底部设置有滑轮10。

所述尾矿库建造模型部分包括筑坝挡板11、倾斜挡板3及溃坝测量箱13，筑坝挡板11的出口处通过转轴2与倾斜挡板3的上端相连接，倾斜挡板3的下端与溃坝测量箱13的入口处相连接。

所述溃坝检测部分包括孔隙水压力传感器12、加速度传感器5及设置在溃坝测量箱13上的水平标尺14和四把高程测量标尺4，四把高程测量标尺4分别安放在距溃坝测量箱13的入口0m、1m、2m和3m处；所述孔隙水压力传感器12设置在筑坝挡板11内，加速度传感器5设置在溃坝测量箱13的入口处；孔隙水压力传感器12设置有六个，分别设置在筑坝挡板11两侧各1个，底部每隔15厘米放置1个，底部共放置4个，加速度传感器5设置有三个，分别设置在溃坝测量箱13两侧及入口中点处各1个；孔隙水压力传感器12采用的型号为YK100，加速度传感器5采用的型号为3052A加速度传感器。

所述筑坝挡板11设置在振动台9上，水管1的上端设置在筑坝挡板11的上方；在所述倾斜挡板3的下方设置有滑道7，自然条件模拟部分通过滑轮10设置在滑道7上。

所述筑坝挡板11、倾斜挡板3及溃坝测量箱13均采用有机玻璃制成，能更好的观测到溃坝发生前后坝体内部的变化。

自然条件模拟部分是模拟在动力荷载及自然降水作用下，使坝体自然溃决，本发明在自然条件模拟部分采用振动台9作为动力荷载来模拟地震，通过选取不同震动频率，观察在不同频率下，尾矿坝建造模型的溃坝程度；而自然降水则是通过水泵将水从水箱6内抽出，通过控制水管1上端PVC管的出水孔的大小来模拟不同降雨量的情况下坝体的溃决程度。

本发明通过调节液压升降柱8的高度，来调节倾斜挡板3的倾斜角度，从而做到真正模拟坝体在不同高度下溃坝对下游的影响范围。

所述倾斜挡板3的尺寸为75×150mm，溃坝测量箱13的尺寸为75×300mm。

下面结合附图说明本发明的一次使用过程：

首先，在筑坝挡板11内堆筑750mm×500mm×200mm的坝体，坝体自身角度为60°，并调节液压升降柱8，将整体高度调节为1.5m，从而使得坝体前沿距离倾斜挡板3下端的水平距离为2.6m；将水箱6注满水，并将孔隙水压力传感器12和加速度传感器5连接到采集仪上，将相关仪器调零。

一切准备就绪后，同时接通水泵和振动台9的电源，实验开始。观察坝体表面的变化情况，并通过采集仪反馈的示数观察坝体内部的变化情况；当坝体溃决，泥浆沿倾斜挡板3自由流过，到达倾斜挡板3底端时，观察加速度传感器5所反馈的示数；当坝体完全静止，即为实验结束，通过高程测量标尺4和水平标尺14测量相关溃决泥浆高度和距离，并通过计算得出所需数据及相关结论。

Claims (6)

1.一种模拟动力荷载作用下尾矿库溃坝相似模拟实验装置，其特征在于包括自然条件模拟部分、尾矿库建造模型部分及溃坝检测部分；

所述自然条件模拟部分包括水箱，在水箱的上方设置有振动台，所述振动台与水箱之间通过液压升降柱相连接；在水箱内设置有水泵，水泵的出水口与水管的下端相连接，水管的上端设置在振动台的上方，在水箱的底部设置有滑轮；

所述尾矿库建造模型部分包括筑坝挡板、倾斜挡板及溃坝测量箱，筑坝挡板的出口处通过转轴与倾斜挡板的上端相连接，倾斜挡板的下端与溃坝测量箱的入口处相连接；

所述溃坝检测部分包括孔隙水压力传感器、加速度传感器及设置在溃坝测量箱上的水平标尺和若干高程测量标尺；所述孔隙水压力传感器设置在筑坝挡板内，加速度传感器设置在溃坝测量箱的入口处；

所述筑坝挡板设置在振动台上，水管的上端设置在筑坝挡板的上方；在所述倾斜挡板的下方设置有滑道，自然条件模拟部分通过滑轮设置在滑道上。

2.根据权利要求1所述的模拟动力荷载作用下尾矿库溃坝相似模拟实验装置，其特征在于所述振动台采用电磁振动试验台。

3.根据权利要求1所述的模拟动力荷载作用下尾矿库溃坝相似模拟实验装置，其特征在于所述液压升降柱设置为两个。

4.根据权利要求1所述的模拟动力荷载作用下尾矿库溃坝相似模拟实验装置，其特征在于所述水管的上端由三根等间距的PVC管组成，在三根PVC管上设置有等直径的出水孔。

5.根据权利要求1所述的模拟动力荷载作用下尾矿库溃坝相似模拟实验装置，其特征在于所述高程测量标尺设置为四把，四把高程测量标尺分别安放在距溃坝测量箱的入口0m、1m、2m和3m处。

6.根据权利要求1所述的模拟动力荷载作用下尾矿库溃坝相似模拟实验装置，其特征在于所述筑坝挡板、倾斜挡板及溃坝测量箱均采用有机玻璃制成。