CN116090080B - 用于尾矿坝全段浸润线阶状急降结构的设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于尾矿坝全段浸润线阶状急降结构的设计方法，属于尾矿坝紧急抢险领域，包括干滩和坝体，坝体包括尾矿堆积坝和初期坝，所述尾矿堆积坝处设有马道平台，所述尾矿堆积坝和初期坝连接处设有初期坝顶，所述坝体被马道平台和初期坝顶分为阶梯状，其中，在坝体上设数排阶状分布的井阵列形成降水系统，井阵列处设水位控制和实时监测系统。在尾矿紧急抢险的全线浸润线阶状急降法，是尾矿坝出现时的有效紧急措施，可及时挽救大坝溃坝，抢险时可年用。
Description
技术领域
本发明涉及尾矿坝紧急抢险领域，特别涉及用于尾矿坝全段浸润线阶状急降结构的设计方法。
背景技术
有色冶金行业中尾矿库是重要的生产和环保设施，尾矿库一旦溃坝，将会造成重大的环保安全事故，引发重大的生态灾难和人员伤亡，而尾矿坝的稳定安全是尾矿库安全的关键，尾矿坝正常条件下的安全关键是坝体浸润线的埋深，埋深越浅，尾矿坝稳定性越差，尾矿坝的浸润线埋深上升到某个最高位置时，就会引发尾矿坝稳定性丧失而突发溃坝事故，正常情况下，在上游法尾矿堆积坝中，浸润线从尾矿库水面和尾矿坝沉积内滩的交界处开始，沿着水力梯度的趋势向下游方向一路降低，在初期坝的浸润线排水线路末端溢出。
由于环保要求，初期坝常常采用不透水坝，导致浸润线位置上升在初期坝顶的尾矿堆积坝外溢为常见的第一种情况，尾矿库内水位上升（生产因素和降水因素），尾矿坝干滩变短，导致坝内浸润线整体抬升为常见的第二种情况，第三种情况是，坝体内的排渗设施失效，排渗能力变差，导致浸润线上升。
通常采用单排或局部降低浸润线（下简称为降线）时，由于尾矿坝尺寸规模大，浸润线埋藏距离长，范围广，渗流场中的渗流量大，单排和局部降线后，浸润线在降水井处形成漏斗后，下游漏斗先又会升起，使降线效果差并速度慢，本发明采用全段阶状降线法，在尾矿坝坡的马道平台上和初期坝顶及马道上设数排轻型井加电渗井阵列，在坝剖面上形成从上游到下游的全段浸润线降水井系列，内设水位控制和实时监测系统，协调各降水井陈列的井深、流量、流速，使降水效果达到最大。
发明内容
本发明目的就在于为了解决上述的问题，而提供用于尾矿坝全段浸润线阶状急降结构的设计方法。
实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
1）将尾矿坝分为干滩和坝体，再将坝体分为尾矿堆积坝和初期坝；
2）在尾矿堆积坝处上设置马道平台，在尾矿堆积坝和初期坝连接处设置初期坝顶，坝体被马道平台和初期坝顶分隔整体呈阶梯状；
3）在坝体上设数排阶状分布的井阵列形成降水系统，井阵列处设水位控制和实时监测系统；
4）根据结构特点确定浸润线的设计位置；
5）当尾矿库溢水量增大，浸润线水位上升，浸润线溢出点不断升高；
6）浸润线水位升高后，各井阵列处的水位控制和实时监测系统对流量、流速和水位进行监控；
7）根据浸润线降线前后的高度和面积，设定降线前浸润线埋深为h1，降线后浸润线埋深为h2，降线后浸润线埋深和降线前浸润线埋深差为Δh，其中，Δh=h2-h1；
设定降线前浸润线和坝体外坡所围面积为S1，降线后浸润线和坝体外坡所围面积为S2，降线后面积和降线前面积之差为ΔS，其中，ΔS=S2-S1；
其中，ΔS的大小代表了降线的效果，ΔS越大降线效果越好，ΔS越小降线效果越差；
G为尾矿坝中下滑重量，γ为水的容量，G受γ和ΔS影响而变化，γ值越小，尾矿坝体的下滑重量就越小，γ值越大，尾矿坝体的下滑重量就越大；
8）当浸润线水位上升后采用水泵在井内辅助抽水，加速水位下降，减少尾矿坝体的重量，减少尾矿坝体的下滑重量。
进一步地，井阵列种类包括轻型井、电渗井、普通井，根据坝体的土性进行布置，对难降的黏土性土中用轻型井加电渗井，对沙土中用普通井。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、在尾矿紧急抢险的全线浸润线阶状急降法，是尾矿坝出现时的有效紧急措施，可及时挽救大坝溃坝，抢险时可年用。
2、Δh和ΔS的双控法，并通过监测实时调整降水系统的布置和降水参数，以达到ΔS的最大值的效果。
3、急降所取得的下滑重量减少值G，也可通过实时监测的Δh和ΔS取得，可以衡量降线后大坝所获得的稳定成效，也可用来估算大坝年用此法时的降水量，并和实际降水量进行对比。
附图说明
图1为本发明实施例的尾矿坝浸润线阶状急降剖面图；
图2为本发明实施例的尾矿坝降水井分布平面图；
图3为本发明实施例的尾矿坝浸润线溢出点示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1-3所示，将尾矿坝设为干滩和坝体，再将坝体分为尾矿堆积坝和初期坝；在尾矿堆积坝处上设置马道平台，在尾矿堆积坝和初期坝连接处设置初期坝顶，坝体被马道平台和初期坝顶分隔整体呈阶梯状；在坝体上设数排阶状分布的井阵列形成降水系统，井阵列处设水位控制和实时监测系统。
图1中的A0、B0、C0、D0、E0和A0、B1、C1、D1、E1、F1、G1中间的上升弧线，为浸润线的增长变化。
采用全段阶状降线法，在尾矿坝坡的马道平台上和初期坝顶及马道上设数排轻型井加电渗井阵列，在坝剖面上形成从上游到下游的全段浸润线降水井系列，内设水位控制和实时监测系统，协调各降水井陈列的井深、流量、流速，使降水效果达到最大。
如图1，h1：降线前浸润线埋深，h2：降线后浸润线埋深目标，Δh：降线后浸润线埋深目标和降线前浸润线埋深差，其中，Δh=h2-h1；
S1：降线前浸润线和坝体外坡所围面积，S2：降线后浸润线和坝体外坡所围面积，ΔS：降线后面积和降线前面积之差，其中，ΔS=s2-s1。
ΔS的大小代表了降线的效果，ΔS越大降线效果越好，ΔS越小降线效果越差。
ΔS越大，用于降线减少了尾矿坝体的下滑重量就越大。
G为尾矿坝中下滑重量，γ为水的容量，G受γ和ΔS影响而变化，γ值越小，尾矿坝体的下滑重量就越小，γ值越大，尾矿坝体的下滑重量就越大。
通过设于各降水井陈列中的水位监测，可及时掌握埋深差和Δh的变化，调整各降水井陈列降水参数，可使ΔS获得最大，从而减少了坝体下滑重量G，大幅增加滑动而中的抗剪强度指标，从而增加抗滑能力，达到紧急挽救危坝的目标。
如图3所示，正常情况下浸润线的溢水点较低，渗水量小，坝体重量轻，渗水量变大之后不能及时排水会加重坝体重量，增大坝体的下滑重量，导致坝体滑坡，利用水泵在井内抽水，加速坝体浸润线水位下降，减少坝体重量和坝体下滑重量，对坝体的稳定性进行防护。
由于抢险工作的时效性要求，不可能立即对大坝稳定进行现状的稳定安全分析及数据模拟分析，为了初步掌握降线的埋深差，Δh可用大坝前期长期监测数据经验法及时确定坝体稳定性临界状态的浸润面埋深，及时确定现场降线后浸润线埋深目标h2，并立而实施，以达到迅速降线的目的。
轻型井、电渗井、普通井，应根据坝体的土性进行布置，对难降的黏土性土中用轻型井加电渗井，对沙土中用普通井。
具体的，在紧急降线实施时，需要用Δh和ΔS进行埋深差和面积差的双控法进行目标控制，仅控制Δh时，降水井陈列较少，后部浸润线会上升，使得ΔS较小，双控时，在Δh达到最大值时，使ΔS获得最大，此时获得最佳的降水井陈列布置。
Δh和ΔS的双控法需要用大坝前期长期监测的数据经验法来初步确定Δh值，通过现场降线情况及时调整降水引流参数。由于尾矿坝中尾黏土的性质的不均匀性和差异性，会导致降水效果差，对于黏土C值较大的区域可用电渗井加轻型井以提高降水效果，在沙土区域可布置普通井即可达到效果。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (2)
1.用于尾矿坝全段浸润线阶状急降结构的设计方法，其特征在于，包括以下方案：
1)将尾矿坝设为干滩和坝体，再将坝体分为尾矿堆积坝和初期坝；
2)在尾矿堆积坝处上设置马道平台，在尾矿堆积坝和初期坝连接处设置初期坝顶，坝体被马道平台和初期坝顶分隔整体呈阶梯状；
3)在坝体上设数排阶状分布的井阵列形成降水系统，井阵列处设水位控制和实时监测系统；
4)然后根据结构特点确定浸润线的设计位置；
5)当尾矿库溢水量增大，浸润线水位上升，浸润线溢出点不断升高；
6)浸润线水位升高后，各井阵列处的水位控制和实时监测系统对流量、流速和水位进行监控；
7)根据浸润线降线前后的高度和面积，设定降线前浸润线埋深为h1，降线后浸润线埋深为h2，降线后浸润线埋深和降线前浸润线埋深差为Δh，其中，Δh＝h2-h1，
设定降线前浸润线和坝体外坡所围面积为S1，降线后浸润线和坝体外坡所围面积为S2，降线后面积和降线前面积之差为ΔS，其中，ΔS＝S2-S1，
其中，ΔS的大小代表了降线的效果，ΔS越大降线效果越好，ΔS越小降线效果越差，
G为尾矿坝中下滑重量，γ为水的容量，G受γ和ΔS影响而变化，γ值越小，尾矿坝体的下滑重量就越小，γ值越大，尾矿坝体的下滑重量就越大；
当浸润线水位上升后采用水泵在井内辅助抽水，加速水位下降，减少尾矿坝体的重量，减少尾矿坝体的下滑重量；
用大坝前期长期监测的数据经验法来初步确定Δh值；
通过设于各降水井陈列中的水位监测，调整各降水井陈列降水参数；
在紧急降线实施时，用Δh和ΔS进行埋深差和面积差的双控法进行目标控制，在Δh达到最大值时，使ΔS获得最大，以获得最佳的降水井陈列布置。
2.根据权利要求1的用于尾矿坝全段浸润线阶状急降结构的设计方法，其特征在于，井阵列种类包括轻型井、电渗井、普通井，根据坝体的土性进行布置，对难降的黏土性土中用轻型井加电渗井，对沙土中用普通井。
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