考虑物理和化学淤堵的尾矿坝渗流试验研究及数值分析

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尾矿坝是由尾矿堆积碾压而成的坝体,主要用于堆存金属和非金属矿山进行矿石选别后排出的尾矿或工业废渣。一般情况下,坝体高度可达几十米甚至上百米。如此庞大的岩土体一旦溃坝会引起滑坡泥石流等重大灾害,引起重大人员伤亡、财产损失和环境污染。  据不完全统计,导致尾矿库溃坝事故的直接原因中,渗流破坏占比例较大。在尾矿废水流经尾矿坝体的过程中,由于颗粒级配和大量化学物质的存在,常会发生淤堵现象,导致尾矿坝渗透性能逐年下降,这严重威胁着尾矿坝安全稳定。因此,对尾矿坝的淤堵现象进行研究,找出其与尾矿坝渗透性能之间的关系是解决这一问题的关键。  本文以位于陕西省华县金堆镇大栗西村上游的栗西尾矿坝为例,通过现场实地调研,室内砂柱试验及数值模拟分析探讨了淤堵现象对尾矿坝渗流规律的影响。本文的主要工作及结论有以下几点:  (1)进行栗西尾矿坝现场实地调研,分析其尾矿砂粒径组成及其渗滤液离子含量。分析结果表明,栗西尾矿坝砂砾粒径范围为0.63~0.08mm,其中0.63~0.315mm和0.315~0.16mm的砂砾粒径分别占38.82%和37.68%。这种粒径大小的不均一性是坝体发生物理淤堵的主要原因。对不同地点水样离子含量的测量分析结果表明,Fe2+含量为0.13~0.49mg/l,含量最高。Fe2+等离子可发生氧化还原反应形成沉淀,加速了尾矿坝发生化学淤堵的可能性。  (2)基于实地调研,以0.16mm和0.315mm大小的粒径砂砾,用1:1的比例均匀混合进行不同水力梯度下物理淤堵室内砂柱试验。试验结果说明以这两种粒径砂砾混合确实发生了物理淤堵现象,渗透系数随时间减小,并经过快速下降、缓慢下降和最后逐渐到达稳定三个阶段。且不同水力梯度对淤堵范围及淤堵深度影响不同。  (3)本文根据栗西尾矿坝不同地点水样离子浓度分析,进行了三种不同亚铁离子浓度溶液的化学淤堵室内砂柱试验。三种工况下均发生了不问程度的化学淤堵,渗透系数经历下降和逐渐平稳两个阶段。  (4)本文以栗西尾矿坝为工程实例,在考虑化学淤堵作用的情况下,对尾矿坝的渗流场在三种不同淤堵工况下进行了计算分析。分析结果证明尾矿坝在三种工况下均发生了渗流破坏,水流己溢出坝面。大大的增加了大坝失事的风险。
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