發(fā)布時(shí)間：2020-08-05 12:50

【摘要】：尾礦庫(kù)潰壩災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間短、潛在威脅巨大,往往造成慘重人員傷亡與巨額財(cái)產(chǎn)損失。盡管我國(guó)大力推進(jìn)尾礦回收利用,2016年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示尾礦庫(kù)總數(shù)仍高達(dá)8869座,其中1425座被列為高危險(xiǎn)性“頭頂庫(kù)”(系指下游一公里內(nèi)有居民區(qū)、工業(yè)廠房或其他重要設(shè)施的尾礦庫(kù))。本文以潰壩泥漿演進(jìn)模擬研究這一議題為主線貫穿全文,主要利用了光滑無(wú)網(wǎng)格粒子法(SPH)、無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量、全生命周期分析(LCA)等學(xué)科交叉新方法,研究潰壩泥漿在下游真實(shí)地形上演進(jìn)的模擬預(yù)測(cè)方法,消除傳統(tǒng)潰壩模擬中因忽略地形、相似比、大變形網(wǎng)格畸變而帶來(lái)的誤差,并列舉出潰壩災(zāi)害防控改進(jìn)措施,利用LCA計(jì)算揭示出尾礦濕排與干排工藝全生命周期環(huán)境影響差異,指明工藝改進(jìn)主攻方向。研究結(jié)論總結(jié)如下:(1)通過(guò)實(shí)驗(yàn)室縮尺物理模擬與潰壩事故案例驗(yàn)證,表明SPH方法能夠勝任此類(lèi)問(wèn)題計(jì)算。修改開(kāi)源SPH求解代碼,結(jié)合衛(wèi)星遙感數(shù)字表面模型(DSM)數(shù)據(jù)在高性能計(jì)算集簇上實(shí)現(xiàn)了尾礦庫(kù)潰壩泥漿向下游演進(jìn)的大規(guī)模模擬計(jì)算與驗(yàn)證。(2)DSM結(jié)合SPH的尾礦庫(kù)潰壩演進(jìn)模擬方法的提出與應(yīng)用。超前預(yù)測(cè)“頭頂庫(kù)”設(shè)計(jì)庫(kù)容下潰壩泥漿在下游真實(shí)地形上的演進(jìn)過(guò)程,并揭示了壩高、潰口寬度、泥漿黏度影響因素對(duì)于潰壩演進(jìn)后果的影響規(guī)律,分析了不同布置類(lèi)型攔擋壩防護(hù)效果。(3)尾礦庫(kù)無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量及其與SPH模擬融合的實(shí)現(xiàn)。利用無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量重建得到高精度正射影像與DSM模型,實(shí)現(xiàn)庫(kù)區(qū)及周邊區(qū)域的全方位監(jiān)測(cè)巡查,精度最高達(dá)到2.63cm/pixel,并結(jié)合SPH算法實(shí)現(xiàn)了更高分辨率的潰壩演進(jìn)預(yù)測(cè)。(4)提出潰壩災(zāi)害防控改進(jìn)措施,揭示不同排放工藝實(shí)施過(guò)程的環(huán)境負(fù)擔(dān)。以華北某鐵礦為工程背景,利用LCA計(jì)算工藝流程全生命周期環(huán)境指標(biāo)差異,并據(jù)此分別指出工藝改進(jìn)的重點(diǎn)方向。SPH數(shù)值計(jì)算是一種強(qiáng)大且先進(jìn)的方法,適合尾礦庫(kù)潰壩泥漿演進(jìn)的模擬研究,建議推廣于國(guó)內(nèi)外尾礦庫(kù)潰壩災(zāi)害防控與應(yīng)急管理中。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TD926.4
【圖文】：

逑優(yōu)化、尾礦庫(kù)規(guī)劃及建設(shè)運(yùn)營(yíng)提供依據(jù)。逡逑本論文研究的技術(shù)路線如圖１－１所示。逡逑資料收集、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研逡逑文獻(xiàn)綜述、總體規(guī)劃逡逑１邋期－準(zhǔn)兔階！—＿上二二邐逡逑＂￥］邐ｒ＾ｉ邐ｒｗ逡逑究邐尾頂邐丨｜邐壩邋急逡逑背邐礦庫(kù)邐遴邐捭管逡逑Ｌ＾放全邐ｆ邐規(guī)機(jī)逡逑量形邐Ｊ邐g邋￥｝逡逑巨勢(shì)邐ｔ邐不欠逡逑大嚴(yán)邐§邐明完逡逑峻邐ｗ邐確善逡逑邐邐逡逑Ｉ邐｜邋口網(wǎng)逡逑方邐現(xiàn)場(chǎng)邐５普邐仿真邐理論逡逑法邐調(diào)查邐＾邐物理邐分析逡逑＾邋模擬逡逑邐邐逡逑￣ｆ＼邐｜潰壩１１衛(wèi)星遙｜潰壩１１ｇ石廣｜邐ｉ逡逑Ｓ邐＿邐ＬＪｇｇ＾ＬＪ邐真實(shí)邐５１邐堆存逡逑＿邋．模擬邐〉演進(jìn)邐ｉｆ邐ＬＣＡ逡逑實(shí)現(xiàn)ＳＰＨ邐＾邐分析逡逑￣￣￣￣￣￣￣邋￣邐￣邋￣邋邋邐邐邐邋－邋邋邐邐邐邋？逡逑研苧１１豐富尾礦庫(kù)邋｜尾礦庫(kù)潰壩泥｜邋｜安全堆存工藝逡逑ｇ：標(biāo)Ｉ邐監(jiān)測(cè)手段邐漿演進(jìn)規(guī)律邐不足與改進(jìn)逡逑７－－－－－，邐邐邐邐逡逑研宄逡逑意義邋完善應(yīng)急管理機(jī)制邐提高安全保障能力逡逑——；——邋邐邋Ｉ邐逡逑圖１－１論文研究技術(shù)路線圖逡逑采取的主要研宄方法包括：現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與測(cè)試、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、數(shù)值仿真及逡逑物理模擬、理論分析。逡逑１）現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與測(cè)試逡逑現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展調(diào)查取樣、測(cè)試等工作，為后續(xù)工作開(kāi)展提供基礎(chǔ)。主要內(nèi)容逡逑包括：尾礦排放工藝流程調(diào)查；尾礦庫(kù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀調(diào)查與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)收逡逑集；國(guó)內(nèi)外典型事故案例樣本收集；

排洪設(shè)施有效維護(hù)、操作技術(shù)規(guī)范掌握，以及管理責(zé)任明確落實(shí)。逡逑Ｒｏｃｈｅ，邋Ｔｈｙｇｅｓｅｎ邋ａｎｄ邋Ｂａｋｅｒ邋［９４］統(tǒng)計(jì)了邋１９１５年至２０１６年發(fā)生的尾礦庫(kù)潰逡逑現(xiàn)事故原因，結(jié)果如圖２－２所示，顯示除５２起事故因時(shí)間久遠(yuǎn)缺乏有效記錄逡逑原因未知以外，有４４起事故因強(qiáng)降雨引發(fā)洪水漫頂溢流侵蝕尾砂堆筑成的壩逡逑體；３０起事故是因靜態(tài)恒定載荷引起壩體邊坡過(guò)度位移而產(chǎn)生失穩(wěn)，此類(lèi)事逡逑故常因浸潤(rùn)線過(guò)高誘發(fā)；２７起事故因所在地區(qū)發(fā)生超過(guò)設(shè)計(jì)承受能力的大型逡逑地震劇烈晃動(dòng)而導(dǎo)致尾砂液化引發(fā)潰壩；１７起事故原因歸納為內(nèi)部液體滲流逡逑導(dǎo)致壩體內(nèi)部侵蝕，浸潤(rùn)線過(guò)高，原本應(yīng)保持干燥的區(qū)域被液體淹沒(méi)；１６起逡逑事故起因歸結(jié)為設(shè)計(jì)缺陷或設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)應(yīng)有功能失效，例如排洪系統(tǒng)破壞、隧逡逑洞堵塞等；１５起事故因壩體基底失效或基質(zhì)巖層調(diào)查不足引起，脆弱的基底逡逑無(wú)法為壩體自重提供足夠的支撐，例如２０１４年加拿大卑詩(shī)省的Ｍｏｕｎｔ邋Ｐｏｌｌｅｙ逡逑潰壩事故，經(jīng)調(diào)查即為設(shè)計(jì)時(shí)未考慮下賦冰層而引起［１５］；此外還有７起事故逡逑因降雨、地表徑流等外部侵蝕破壞壩體引起

求解計(jì)算方法為避免上述問(wèn)題采用二進(jìn)制文件格式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，這些文件包含逡逑粒子屬性重要信息，以二進(jìn)制格式ＢＩＮＸ４邋（．ｂｉ４）存儲(chǔ)。逡逑具體的技術(shù)路線如圖３－１所示。逡逑＂＃１邋．ｖｔｋ／．ｓｔｌ／．ｐｌｙ邐光滑長(zhǎng)度、密逡逑數(shù)邐幾何模型邐度、時(shí)間等逡逑輸邐邐邐邐逡逑ＸＪ邐．ｘｍｌ定義文件逡逑—邋…：逡逑ＧＥＮＣＡＳＥ邋程序逡逑■ｆｔ：邐．ｂｉ４二進(jìn)制邐流體及邊界粒子逡逑＊邐＿輸入文件邐ｖｔｋ模型文件逡逑ｔ逡逑ＤｕａｌＳＰＨｙｓｉｃｓ逡逑程序 逡逑計(jì)逡逑算邐邐邐邋邐邐逡逑求邐．ｂｉ４二進(jìn)制邐．ｂｉ４二進(jìn)制邐．逡逑解邐輸出文件邐輸出文件逡逑＇＇ｖ邐邐邐＾逡逑Ｈ邋邐；邋｜邋」邐邋？逡逑處邐ＰａｒｔＶＴＫ邐Ｍｅａｓｕｒｅｔｏｏｌ逡逑ａ邐轉(zhuǎn)換程序邐測(cè)量程序逡逑，Ｉ邋，逡逑結(jié)果分析及逡逑可視化逡逑圖３－１邋ＤｕａｌＳＰＨｙｓｉｃｓ數(shù)值計(jì)算基本工作流逡逑本文在ＤｕａｌＳＰＨｙｓｉｃｓ求解器的基礎(chǔ)上，根據(jù)尾礦庫(kù)潰壩泥漿的特性，修逡逑改代碼改變模型參數(shù)

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

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本文編號(hào)：2781578