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水 利 学 报

２０２４年 ６月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５５卷 第 ６期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２４）０６ － ０７３５ － ０９

排渗失效下尾矿库溃坝三维模型试验研究

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张力霆 ，马文君 １，２ ，刘雅帆 ，张少雄 ，周 玎 ，李 鑫 １
（１．石家庄铁道大学，河北 石家庄 ０５００４３；２．河北省应急管理科学研究院，河北 石家庄 ０５００００；
３．石家庄职业技术学院，河北 石家庄 ０５００００；４．铜源国际工程设计研究有限公司，河北 秦皇岛 ０６６０００）
摘要：针对尾矿库渗透破坏模式，为克服二维试验槽边壁效应对模型渗流走向及溃决位置的影响，本文以某尾矿
库为原型，基于自主设计的三维尾矿库溃坝模型试验平台，进行了排渗设施失效诱发的尾矿库溃坝模型试验研
究，揭示了该尾矿库的溃决模式及溃决机理。结果表明：（１）排渗失效导致的溃坝呈现局部流土破坏 － 坝体累计
变形－ 深层滑动面发展贯通－ 整体突发失稳的渐进伴突发型溃决演化模式；（２）坝体孔隙水压力骤变是坝体发生滑
动破坏的关键响应指标，预示着坝体将在短时间内由滑动体前后缘局部散浸软化、流土、塌陷转变为大范围溃
决，可作为坝体溃决事故的前兆信息；（ ３）排渗失效导致的尾矿库溃坝过程具有渐进性和突发性的特点，发生散
浸与流土破坏的过程时间较长，发生深层滑动和溃决的时间短暂，该特征可为尾矿库渗透破坏隐患治理及坝体溃
决应急响应提供参考。研究结果对尾矿库溃坝的灾害预防具有重要的现实意义。
关键词：尾矿库；模型试验；孔隙水压力；流土破坏；坝体溃决
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中图分类号：ＴＶ６９８．２３７
文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２３０７７６
１ 研究背景

尾矿库是用以贮存金属、非金属矿山进行矿石选别后排入尾矿的场所，是大型高势能 “泥石流”
源体 ［１］ ，一旦失事会对下游居民和生活、生产设施安全造成严重威胁，导致重大人员伤亡和严重的生
态环境破坏 ［２ － ５］ 。国内外历史上都曾发生过特别重大的尾矿库溃坝事故，据统计 １９１５—２０２０年期间全
球共发生尾矿库事故 ３６６次，平均每年尾矿库溃坝事故 ３．５次，近年来随着社会经济发展，尾矿库事
故发生数量总体呈下降趋势，但重大事故发生频次不减反增 ［６］ 。截至 ２０２０年底，我国有 ７８００座尾矿
库处于运营状态，总量居世界第一，其中 “头顶库” 有 １１１２座 ［７］ ，可见，我国尾矿库安全风险依旧
比较突出，尾矿库灾害防控形势仍然十分严峻。
随着选矿技术的发展和土地使用的制约，尾矿库朝着细粒筑坝与高堆尾矿坝方向发展，而我国尾
矿库又以上游式尾矿库居多，上游法筑坝形成的尾矿库排渗系统易淤堵，其初期坝内坡常用土工布做
反滤层，尾矿颗粒淤堵形成弱透水层致使坝内浸润线壅高，严重降低坝体的静动力稳定，甚至导致尾
矿库溃坝 ［８ － ９］ 。统计结果显示，尾矿库排渗不良，库内浸润线过高是上游法尾矿库溃坝事故的主要原
因之一 ［１０］ 。张力霆等 ［１１ － １２］ 对尾矿库溃坝研究进行了综述，指出针对渗透变形状态下尾矿库坝体渐近
破坏的研究较少，尚无完善的模型可供选用；随后在自主研发的试验平台上搭建了尾矿库模型，进行
了基于坝体排渗失效致使浸润线升高而诱发的尾矿库溃坝模型试验，研究了溃坝过程中的溃决模式及
破坏形式。敬小非等 ［１３］ 基于二维试验槽进行了尾矿堆积坝在洪水情况下发生垮塌破坏的模型试验，试

收稿日期：２０２３ － １２ － １２；网络首发日期：２０２４ － ０６ － ２０
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２４０６１９．１７２１．００２．ｈｔｍｌ
基金项目：河北省重点研发计划项目（２０３７５４０９Ｄ）；中央引导地方科技发展资金项目（２３６Ｚ５４０５Ｇ）
作者简介：张力霆（ １９６２ － ），博士，教授，主要从事尾矿库安全与溃坝机理研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｌｔ０７０９＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ
通信作者：张少雄（１９８４ － ），博士，教授，主要从事水利工程及尾矿库防灾研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｓｘ＠ｓｔｄｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
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