尾礦漿體靜置及下泄中尾砂沉積規(guī)律試驗(yàn)研究

王 亮， 王 凱， 劉星星， 盛金昌， 胡云進(jìn)

（1.河海大學(xué)水利水電學(xué)院，南京 210098； 2.浙江省錢(qián)塘江管理局勘測(cè)設(shè)計(jì)院，杭州 310000；3.紹興文理學(xué)院土木工程學(xué)院，浙江紹興 312000）

我國(guó)大量的能源和原材料都依賴(lài)于礦產(chǎn)資源［1］. 開(kāi)發(fā)礦業(yè)的同時(shí)帶來(lái)了嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題，礦山尾礦累計(jì)現(xiàn)已達(dá)到45 億t［2］. 現(xiàn)今，我國(guó)主要利用修筑尾礦庫(kù)堆存尾礦，然而在這些尾礦庫(kù)中，正常運(yùn)行的庫(kù)不足70%［3］. 當(dāng)滲透變形條件滿(mǎn)足后，在尾礦壩體內(nèi)將發(fā)生管涌等破壞［4］. 尾礦庫(kù)一旦潰壩，將會(huì)對(duì)人民的生命和財(cái)產(chǎn)造成巨大威脅，而潰壩漿體演進(jìn)規(guī)律直接影響著災(zāi)害程度，因此，探索潰壩漿體的演進(jìn)規(guī)律對(duì)潰壩災(zāi)害影響顯得尤為重要.

針對(duì)潰壩漿體演進(jìn)，各界學(xué)者在研究過(guò)程中使用了不同的實(shí)驗(yàn)方法. 王又武等［5］修正經(jīng)驗(yàn)公式，探討了適合尾礦庫(kù)潰壩的水力計(jì)算方法和對(duì)下游危害程度等問(wèn)題；Pastor等［6］利用數(shù)值模擬，基于彈塑性有限元、動(dòng)量守恒和質(zhì)量守恒定理建立了尾礦庫(kù)潰壩模型，計(jì)算了潰壩漿體深度隨時(shí)間的變化；Sun等［7］采用物理模型試驗(yàn)方法，利用高速攝影機(jī)、雷達(dá)、LGY-Ⅲ流量計(jì)對(duì)尾礦庫(kù)潰決過(guò)程中的物理量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，探索了尾礦庫(kù)漫頂破壞. 學(xué)者們利用經(jīng)驗(yàn)公式分析漿體演進(jìn)時(shí)，多借鑒泥石流的相關(guān)研究［8-9］，而尾礦庫(kù)潰壩形成的漿體顆粒粒徑極細(xì)且單一，鮮有巨礫和塊石，下游地形坡度較小，存在一定差異；尾礦漿體在下泄流動(dòng)過(guò)程中其物理力學(xué)特性將沿程發(fā)生變化，出現(xiàn)水砂分離現(xiàn)象，而目前，國(guó)內(nèi)外在進(jìn)行二維水砂流動(dòng)分析時(shí)，通常將潰壩下泄的尾礦漿體視為性態(tài)不變的均勻牛頓流體或非牛頓流體［10-11］，這樣的假定往往導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況差距很大. 本文通過(guò)室內(nèi)物理模型試驗(yàn)，再現(xiàn)尾礦壩潰壩漿體下泄流動(dòng)，研究潰壩漿體動(dòng)力學(xué)問(wèn)題及流態(tài)演進(jìn)規(guī)律.

尾礦庫(kù)潰壩后漿體下泄流動(dòng)規(guī)律的影響因素多種多樣，學(xué)者們相繼開(kāi)展了一系列由不同主導(dǎo)因素影響下的潰壩物理模型實(shí)驗(yàn). Blight等［12］研究了南非5座環(huán)形尾礦庫(kù)潰壩情況，發(fā)現(xiàn)潰壩漿體的下泄距離和地表的干濕狀態(tài)有關(guān)；Zhang等［13］為探討不同試驗(yàn)條件下（壩頂寬度與壩坡比不同）泥砂深度的變化范圍，利用室內(nèi)水槽裝置，開(kāi)展了13組漫頂潰壩試驗(yàn)；Rico［14］等通過(guò)收集大量尾礦庫(kù)潰壩資料，建立尾礦庫(kù)幾何參數(shù)如壩高、庫(kù)容量等與下泄尾礦漿體水力特征之間的關(guān)系；王永強(qiáng)和張繼春［15］以四川省平川鐵礦尾礦庫(kù)為試驗(yàn)原型，著重分析潰壩漿體在復(fù)雜地形中沖擊壓力、淹沒(méi)高度的變化規(guī)律；許志發(fā)等［16］針對(duì)四川某尾礦庫(kù)探討三種不同下游坡降對(duì)尾礦漿體下泄演進(jìn)規(guī)律的影響；敬小非等［17］利用尾礦壩潰決破壞模擬試驗(yàn)臺(tái)，探索了壩體在1/4、1/2 以及全部瞬間潰決三種潰口形式下尾礦漿體下泄流動(dòng)特性；尹光志等［18］針對(duì)不同高度尾礦壩瞬間全潰后泥漿流態(tài)演進(jìn)規(guī)律及動(dòng)力特性進(jìn)行了詳細(xì)研究；黨顯璋等［19］分別進(jìn)行了松散狀態(tài)、稍密狀態(tài)、密實(shí)狀態(tài)下3 種不同堆積密實(shí)度的尾礦庫(kù)洪水漫頂潰壩模型試驗(yàn). 學(xué)者們對(duì)影響因素的研究多集中在尾礦壩物理或幾何參數(shù)、下游演進(jìn)通道特征，實(shí)際上，尾礦漿體本身性質(zhì)對(duì)其下泄流動(dòng)有重要影響. 其中，尾礦漿體的漿體濃度是其最基本的性質(zhì)之一，反映了漿體的結(jié)構(gòu)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，又控制著力學(xué)性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律；隨著庫(kù)區(qū)沉積時(shí)間的改變，尾礦漿體的固結(jié)度及初始空間豎向濃度分布均出現(xiàn)不同程度的變化. 因此，不同庫(kù)區(qū)漿體濃度、沉積時(shí)間的尾礦漿體在下游所表現(xiàn)出的流動(dòng)特性具有較大差異性. 本文選擇了這兩個(gè)影響因素，深入探討了庫(kù)區(qū)沉積固結(jié)現(xiàn)象及下泄過(guò)程中由于水砂分離導(dǎo)致的粗細(xì)尾砂不同的沿程沉積規(guī)律.

1 尾礦漿體流動(dòng)試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

開(kāi)展不同庫(kù)區(qū)漿體濃度、庫(kù)區(qū)沉積時(shí)間的尾礦漿體流動(dòng)試驗(yàn)，探討尾礦壩潰壩后尾礦漿體的下泄演進(jìn)規(guī)律.

1.2 試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)

尾礦漿體流動(dòng)試驗(yàn)?zāi)Ｐ陀稍囼?yàn)槽和流態(tài)記錄系統(tǒng)組成. 試驗(yàn)槽由尾礦庫(kù)區(qū)（盛放尾礦漿體），流通區(qū)（漿體下泄通道）和堆積區(qū)三部分組成，如圖1與圖2所示.

圖1 漿體流動(dòng)試驗(yàn)槽示意圖（單位：cm）Fig.1 Schematic diagram of slurry flow test tank

圖2 漿體流動(dòng)試驗(yàn)槽實(shí)物圖Fig.2 Solid figure of slurry flow test tank

1）尾礦庫(kù)區(qū)：兩側(cè)壁和底面采用透明有機(jī)玻璃制成，尺寸為長(zhǎng)×寬×高=120 cm×50 cm×70 cm，每側(cè)壁安裝有3把深度測(cè)量標(biāo)尺，間隔60 cm.

2）流通區(qū)：兩側(cè)壁和底面采用透明有機(jī)玻璃制成，尺寸為長(zhǎng)×寬×高=350 cm×50 cm×70 cm，設(shè)置1～8 號(hào)共8 個(gè)測(cè)點(diǎn). 1 號(hào)測(cè)點(diǎn)距閘門(mén)25 cm，1～4 號(hào)測(cè)點(diǎn)間隔25 cm，用以精確觀測(cè)各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)；4～8 號(hào)測(cè)點(diǎn)間隔50 cm. 每個(gè)測(cè)點(diǎn)的試驗(yàn)槽側(cè)壁處繪制深度測(cè)量標(biāo)尺，底面繪制白色標(biāo)識(shí)實(shí)線(xiàn)，每條標(biāo)識(shí)實(shí)線(xiàn)的上游和下游分別間隔5 cm各繪制2條輔助標(biāo)識(shí)虛線(xiàn). 庫(kù)區(qū)與流通區(qū)之間使用木質(zhì)閘門(mén)隔離，設(shè)置尾礦庫(kù)區(qū)及流通區(qū)的坡度i=1/36.

3）堆積區(qū)：承接流通區(qū)末端，尺寸為長(zhǎng)×寬×高=200 cm×150 cm×70 cm，用以觀察尾礦漿體在下游的擴(kuò)散情況.

4）流態(tài)記錄系統(tǒng)：采用6臺(tái)高清攝像機(jī)分段全程錄制潰壩漿體演進(jìn)過(guò)程，分別為：流通區(qū)架設(shè)5臺(tái)高清攝像機(jī)，其中3臺(tái)分別架設(shè)在2～3號(hào)、5～6號(hào)、7～8號(hào)測(cè)點(diǎn)之間，2臺(tái)分別架設(shè)在5號(hào)測(cè)點(diǎn)和流通區(qū)尾部；堆積區(qū)架設(shè)1臺(tái)高清攝像機(jī).

其一，這個(gè)理念的前身由1811年前后在羅馬創(chuàng)作的一批德國(guó)畫(huà)家所提出并身體力行，這個(gè)北歐人群體被稱(chēng)為“拿撒勒畫(huà)派”，他們都是虔誠(chéng)的基督徒，兩位首領(lǐng)分別叫奧沃貝克和科涅利烏斯。拿撒勒畫(huà)派過(guò)著中世紀(jì)隱修士般的生活，厭惡浮華的物質(zhì)文明，包括文藝復(fù)興那段歷史，在他們眼中，文藝復(fù)興的藝術(shù)就是世俗享樂(lè)和異教精神的象征，以拉斐爾的繪畫(huà)為典型，以其為榜樣從藝無(wú)異于自甘墮落；只有拉斐爾之前的藝術(shù)才能體現(xiàn)最真誠(chéng)的信仰。因此，他們懷揣著崇敬，學(xué)習(xí)早期意大利畫(huà)家的藝術(shù)，不久，這個(gè)理念便經(jīng)由一位叫做威廉·戴斯的蘇格蘭畫(huà)家傳播到了英國(guó)。

1.3 試驗(yàn)方案和試驗(yàn)量測(cè)內(nèi)容

本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)了3 個(gè)實(shí)驗(yàn)組分別為20%、40%和60%尾礦漿體（指尾礦漿體中尾礦砂質(zhì)量分?jǐn)?shù)，具體配置見(jiàn)下文2.1小節(jié)），每組又分別設(shè)計(jì)了3 種沉積時(shí)間，分別為0 h、5 h 和20 h，共9組試驗(yàn)，如表1所示. 每組均測(cè)量下泄體積比、前鋒流速、沿程淹沒(méi)深度、沿程沉積粒徑.

表1 試驗(yàn)方案Tab.1 Test scheme

本次試驗(yàn)采用瞬間潰壩方法，在潰壩瞬間同時(shí)啟動(dòng)攝像機(jī)采集數(shù)據(jù). 具體監(jiān)測(cè)內(nèi)容及方法如下：

1）尾礦漿體下泄體積比：通過(guò)測(cè)量記錄庫(kù)區(qū)內(nèi)漿體總深度及潰壩前后尾礦深度，計(jì)算漿體下泄體積比.

2）尾礦漿體前鋒流速：采用拉格朗日法，選用漂浮的白色泡沫球作為示蹤粒子，通過(guò)攝像機(jī)錄制觀測(cè)下泄?jié){體演進(jìn)過(guò)程中泡沫球到達(dá)各測(cè)點(diǎn)標(biāo)識(shí)實(shí)線(xiàn)上游及下游輔助標(biāo)識(shí)虛線(xiàn)的時(shí)間間隔，計(jì)算下泄?jié){體的前鋒流速.

3）尾礦漿體沿程淹沒(méi)深度：通過(guò)3 臺(tái)分別架設(shè)在流通區(qū)2～3號(hào)、5～6號(hào)、7～8號(hào)測(cè)點(diǎn)之間的攝像機(jī)，根據(jù)測(cè)點(diǎn)的試驗(yàn)槽側(cè)壁處繪制的深度測(cè)量標(biāo)尺，分段錄制觀測(cè)整個(gè)漿體演進(jìn)過(guò)程中1～8號(hào)測(cè)點(diǎn)處下泄?jié){體的深度變化情況.

4）尾礦漿體沿程沉積粒徑：潰壩結(jié)束后在每個(gè)測(cè)點(diǎn)處取尾礦樣并烘至恒重，采用篩分法測(cè)定沿程沉積尾礦顆粒級(jí)配變化情況.

1.4 尾礦砂來(lái)源及其尾礦漿體流變特性

試驗(yàn)所用的尾礦砂由金堆城鉬業(yè)汝陽(yáng)有限責(zé)任公司提供. 通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)取回的尾礦砂進(jìn)行烘干、碾碎、除雜等處理，并依據(jù)《土工試驗(yàn)規(guī)程》，采用篩分法，選用不同目數(shù)篩網(wǎng)，通過(guò)振篩機(jī)振搗并分別稱(chēng)重，最終得到試驗(yàn)用尾礦砂的顆粒粒徑分布，如圖3 所示. 通過(guò)配制10%～70%尾礦漿體，基于賓漢流體模型，利用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)探究了尾礦漿體密度和流變特性［20］隨漿體濃度的變化規(guī)律.

圖3 尾礦砂顆粒級(jí)配曲線(xiàn)Fig.3 Particle gradation curve of tailing sand

2 庫(kù)區(qū)尾礦顆粒運(yùn)移研究

2.1 配置階段

經(jīng)多次試驗(yàn)論證，尾礦庫(kù)區(qū)的漿體深度取40 cm，即漿體體積為0.24 m3，能夠得到較好的試驗(yàn)結(jié)果，故本試驗(yàn)中尾礦庫(kù)區(qū)漿體深度均設(shè)計(jì)為40 cm. 計(jì)算3 組不同濃度尾礦漿體分別所需的尾礦砂和清水質(zhì)量，如表2所示，使用電子臺(tái)秤稱(chēng)取對(duì)應(yīng)質(zhì)量的尾礦砂和清水倒入庫(kù)區(qū)，使用兩臺(tái)RE-190型攪拌機(jī)攪拌10 min，確保庫(kù)區(qū)內(nèi)尾礦漿體充分?jǐn)嚢璨⑻幱诰鶆驙顟B(tài)（圖4）.

圖4 攪拌均勻的尾礦漿體Fig.4 Uniformly stirred tailings slurry

表2 尾礦砂和清水質(zhì)量Tab.2 Qualities of tailings and clear water

2.2 沉積固結(jié)階段

在靜置5 h和20 h的試驗(yàn)方案中可見(jiàn)：沉積階段，尾礦顆?？焖傧鲁炼逊e，漿體中自重遠(yuǎn)大于浮力和黏滯力的粗顆粒全部下沉到庫(kù)區(qū)底部，形成具有一定強(qiáng)度的沉積物，自重略大于浮力和黏滯力的較粗粒徑顆粒通過(guò)與下部水體的置換緩慢下沉，同時(shí)，上移的置換水體產(chǎn)生上托及擾亂作用，并隨機(jī)帶動(dòng)小部分細(xì)顆粒上移，細(xì)顆粒懸浮于上覆水體中，最后形成泥-水分界面；固結(jié)階段，土骨架在自重作用下進(jìn)一步壓密，泥-水分界面緩慢下降，上覆水體較渾濁，此時(shí)能觀察出分選沉積現(xiàn)象，顆粒粒徑由上往下逐漸增大（圖5）.

圖5 固結(jié)完成的尾礦漿體Fig.5 Solidified tailings slurry

2.3 開(kāi)啟閘門(mén)瞬間

開(kāi)閘后，庫(kù)水與上部細(xì)粒尾礦組成泥流率先下泄，隨后中部較粗粒沉積尾礦逐漸啟動(dòng)下泄，而底部粗粒徑尾礦滯留于庫(kù)區(qū)不發(fā)生下泄（圖6）.

圖6 滯留庫(kù)區(qū)的尾礦料Fig.6 Tailings retained in reservoir area

2.4 漿體濃度和沉積時(shí)間對(duì)下泄體積比影響

圖7為20%尾礦漿體在不同沉積時(shí)間下，潰壩前后尾礦庫(kù)區(qū)漿體深度等比例示意圖. 尾礦漿體濃度較小，漿體中清水含量較大，隨著沉積時(shí)間增大，沉積尾礦深度減小，固結(jié)度和抗剪強(qiáng)度增大，下泄量減小.潰壩前，沉積5 h 尾礦深度比20 h 平均約大0.1 cm；潰壩后，沉積5 h 殘余尾礦深度比20 h 平均約小0.3 cm.沉積0 h、5 h和20 h三組潰壩試驗(yàn)尾礦漿體下泄體積比分別約為97%、88%和87%（由于尾礦庫(kù)區(qū)坡度調(diào)整為i，故潰前漿體總深線(xiàn)存在斜率i）.

圖7 20%尾礦漿體潰壩前后庫(kù)區(qū)尾礦深度Fig.7 The depths of tailings in reservoir area before and after dam break with 20%concentration tailings slurry

圖8為40%尾礦漿體在不同沉積時(shí)間下，潰壩前后尾礦庫(kù)區(qū)漿體深度等比例示意圖. 與20%質(zhì)量濃度相比，隨著尾礦質(zhì)量濃度增大，沉積5 h與20 h兩組試驗(yàn)潰壩前后庫(kù)區(qū)漿體深度差值增大，下泄量減少. 潰壩前，沉積5 h 尾礦深度比20 h 平均約大1 cm；潰壩后，沉積5 h 殘余尾礦深度比20 h 平均約小1 cm. 沉積0 h、5 h和20 h三組潰壩試驗(yàn)尾礦漿體的下泄體積比分別約為97%、83%和80%.

圖8 40%尾礦漿體潰壩前后庫(kù)區(qū)尾礦深度Fig.8 The depths of tailings in reservoir area before and after dam break with 40%concentration tailings slurry

圖9為60%尾礦漿體在不同沉積時(shí)間下，潰壩前后尾礦庫(kù)區(qū)漿體深度等比例示意圖. 隨著尾礦質(zhì)量濃度進(jìn)一步增大，沉積5 h與20 h兩組試驗(yàn)潰壩前后庫(kù)區(qū)漿體深度差值進(jìn)一步增大，下泄量進(jìn)一步減小. 潰壩前，沉積5 h 尾礦深度比20 h 平均約大1.7 cm；潰壩后，沉積5 h 殘余尾礦深度比20 h 平均約小2.5 cm. 沉積0 h、5 h和20 h三組潰壩試驗(yàn)漿體下泄體積比分別約為97%、60%和54%.

圖9 60%尾礦漿體潰壩前后庫(kù)區(qū)尾礦深度Fig.9 The depths of tailings in reservoir area before and after dam break with 60%concentration tailings slurry

由圖10 可知，3 組沉積0 h 潰壩試驗(yàn)尾礦漿體幾乎全部下泄，濃度對(duì)漿體下泄量影響甚微；其余6 組潰壩試驗(yàn)，隨著尾礦濃度和沉積時(shí)間增大，固結(jié)度和抗剪強(qiáng)度越大，潰后庫(kù)區(qū)滯留尾礦深度均增大，漿體下泄體積比均減小.

圖10 漿體下泄體積比與濃度、沉積時(shí)間三維圖Fig.10 Three-dimensional diagram of slurry discharges，concentrations and deposition times

3 沿程水砂分離現(xiàn)象研究

3.1 測(cè)點(diǎn)級(jí)配曲線(xiàn)分析

統(tǒng)計(jì)了9 組試驗(yàn)所有有效測(cè)點(diǎn)沉積尾礦的顆粒級(jí)配曲線(xiàn)后發(fā)現(xiàn)，在約八成曲線(xiàn)中，40 μm 以下的土粒含量小于3%，最大值僅為13.85%，而通過(guò)試驗(yàn)所用尾礦砂的顆粒粒徑分布曲線(xiàn)可知，45 μm以下的土粒含量為67.93%，即在潰壩過(guò)程中，水和細(xì)粒尾礦組成泥流快速下泄至遠(yuǎn)方，而粗粒組尾礦則逐漸發(fā)生沿程沉積，表現(xiàn)出水砂分離現(xiàn)象（沉積0 h的潰壩試驗(yàn)的6～8號(hào)測(cè)點(diǎn)處以及沉積5 h和20 h的潰壩試驗(yàn)的7～8號(hào)測(cè)點(diǎn)處均出現(xiàn)不同程度的回水現(xiàn)象，對(duì)沿程沉積尾礦顆粒級(jí)配產(chǎn)生影響，均不考慮）.

3.2 粗粒組沿程沉積規(guī)律

取潰壩結(jié)束后攝影機(jī)中深度測(cè)量標(biāo)尺記錄的淹沒(méi)深度作為尾礦粗粒組沿程沉積深度.

庫(kù)區(qū)沉積時(shí)間0 h時(shí)，粗粒組沿程沉積深度在1 cm范圍內(nèi)波動(dòng)，屬于一個(gè)較小的量級(jí)，這是因?yàn)槌练e0 h情況下，尾礦砂和水經(jīng)攪拌混合均勻后直接下泄，并未出現(xiàn)明顯水砂分離現(xiàn)象，大量砂水混合物直接下泄到堆積區(qū)，流通區(qū)僅有少量粗砂沉積.

圖11 為庫(kù)區(qū)沉積時(shí)間20 h 時(shí)，不同濃度尾礦漿體粗粒組沿程（1～6 號(hào)測(cè)點(diǎn)）沉積深度變化曲線(xiàn)圖，沉積5 h時(shí)的規(guī)律與沉積20 h時(shí)的規(guī)律類(lèi)似. 分選沉積現(xiàn)象使庫(kù)區(qū)內(nèi)越靠近底部的尾礦顆粒粒徑越大，質(zhì)量濃度越大，固結(jié)度和抗剪強(qiáng)度越大，潰壩發(fā)生后，由上部細(xì)粒尾礦和上覆水體組成的泥流迅速下泄至堆積區(qū)尾部并產(chǎn)生回流，同時(shí)中部較粗粒尾礦緩慢向下游推進(jìn)，在推進(jìn)過(guò)程中不斷有顆粒沉積于流通區(qū)，流通區(qū)的前鋒流速沿程增大，距離閘門(mén)越近，顆粒越不易起動(dòng)，故粗粒組沉積深度沿程減小. 庫(kù)區(qū)沉積時(shí)間一定，質(zhì)量濃度越大，下泄至流通區(qū)的尾礦顆粒越多，同一測(cè)點(diǎn)處的粗粒組沉積深度呈增大趨勢(shì).

圖11 庫(kù)區(qū)沉積20 h時(shí)粗粒組沿程沉積深度變化圖Fig.11 Variations of sedimentary depths along coarse-grained formation in reservoir area at 20 h

圖12 為尾礦漿體60%時(shí)，不同庫(kù)區(qū)沉積時(shí)間尾礦漿體粗粒組沿程（有效測(cè)點(diǎn)）沉積深度變化曲線(xiàn)圖，20%、40%的規(guī)律與之相似. 從宏觀上看，粗粒組沿程沉積深度呈現(xiàn)減小趨勢(shì)；橫向比較，庫(kù)區(qū)沉積0 h時(shí)，尾礦砂和水經(jīng)攪拌混合均勻后直接下泄，并未出現(xiàn)明顯水砂分離現(xiàn)象，大量砂水混合物直接下泄到堆積區(qū)，流通區(qū)僅有微量粗砂沉積；庫(kù)區(qū)沉積20 h 時(shí)，尾礦漿體具有三組試驗(yàn)中最大的固結(jié)度和抗剪強(qiáng)度，潰壩發(fā)生后，大量粗粒組滯留于尾礦庫(kù)區(qū)，并未下泄至流通區(qū)，導(dǎo)致沿程沉積深度偏低.

圖12 60%尾礦漿體時(shí)粗粒組沿程沉積深度變化圖Fig.12 Variations of sedimentary depths along coarse-grained formation with 60%concentration tailings slurry

4 結(jié)論

本文開(kāi)展了尾礦漿體流動(dòng)模型試驗(yàn)，系統(tǒng)研究分析了庫(kù)區(qū)沉積固結(jié)現(xiàn)象及下泄過(guò)程中由于水砂分離導(dǎo)致的粗細(xì)尾砂不同的沿程沉積規(guī)律，得到的基本結(jié)論如下：

1）在尾礦庫(kù)區(qū)，靜置后觀察到：沉積階段，粗顆粒全部下沉到庫(kù)區(qū)底部，形成具有一定強(qiáng)度的沉積物，較粗粒徑顆粒通過(guò)與水體的置換緩慢下沉，細(xì)顆粒懸浮于上覆水體中，最后形成泥-水分界面；固結(jié)階段，土骨架在自重作用下進(jìn)一步壓密，泥-水分界面緩慢下降，上覆水體較渾濁，此時(shí)能看出分選沉積現(xiàn)象，顆粒粒徑由上往下逐漸增大；瞬時(shí)潰壩時(shí)，庫(kù)水與上部細(xì)粒尾礦組成泥流率先下泄，隨后中部較粗粒沉積尾礦逐漸啟動(dòng)下泄，而底部粗粒徑尾礦滯留于庫(kù)區(qū)不發(fā)生下泄. 沉積0 h時(shí)，尾礦漿體處于均勻狀態(tài)幾乎全部下泄，質(zhì)量濃度對(duì)下泄量影響甚微；尾礦漿體出現(xiàn)不同程度沉積固結(jié)現(xiàn)象時(shí)，隨著尾礦漿體濃度和沉積時(shí)間增大，潰后庫(kù)區(qū)滯留尾礦深度增大，漿體下泄量減小.

2）在流通區(qū)，下泄中出現(xiàn)水砂分離現(xiàn)象，水和細(xì)粒尾礦組成泥流快速下泄至遠(yuǎn)方，而粗粒組尾礦則逐漸發(fā)生沿程沉積，且沿程沉積深度呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，庫(kù)區(qū)漿體濃度越大，下泄至流通區(qū)的尾礦顆粒越多，沿程沉積深度越大；庫(kù)區(qū)沉積時(shí)間過(guò)短，粗粒組基本隨水流下泄至遠(yuǎn)方，不發(fā)生沿程沉積，庫(kù)區(qū)沉積時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，滯留于庫(kù)區(qū)的粗粒組增多，均導(dǎo)致沿程沉積深度減小.

在本次實(shí)驗(yàn)中，受堆積區(qū)限制，潰壩漿體回流現(xiàn)象對(duì)其流動(dòng)特性產(chǎn)生一定影響，建議未來(lái)增大堆積區(qū)面積，從而更加真實(shí)反映潰壩漿體下游演進(jìn)情況，水砂分離情況直接影響著下游的受災(zāi)范圍和程度，相關(guān)報(bào)道卻并不多，需進(jìn)行深入研究.