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验结果表明尾矿坝坝坡的破坏呈现出典型的牵引式发展模式，尾矿砂受到的渗透力增大是尾矿坝产生
垮塌溃决的重要原因。时悦琪等 ［１４］ 采用自制的小型渗透变形仪对细粒尾矿砂进行渗透破坏特性试验，
从微观上研究尾矿砂渗透破坏后颗粒的分布及孔隙结构的细观特征变化，试验结果表明随着水头加载
值增大，内部的总孔隙率逐渐增大，细颗粒不断地向渗流方向迁移，试样内部最终形成连通的渗透破
坏通道。刘雷等 ［１５］ 以辽宁某尾矿库为原型，分别进行突降暴雨洪水漫顶和坝坡管涌两种不同破坏模式
下的尾矿库溃坝模型试验，从溃坝发展过程、影响范围及破坏程度等方面对比分析了各工况下的溃决
机理和破坏过程。吴帅锋等 ［１６］ 采用现场大型物理模型试验方法对尾矿库管涌溃坝全过程进行试验研
究，分析了尾矿管涌溃坝的演化规律，提出了尾砂下泄冲击力计算模型。
目前，尾矿库溃坝研究大多针对洪水漫顶这种破坏模式，由于渗透破坏模型试验研究周期长、不
可控因素多，少有渗透破坏导致的溃坝试验研究，现有的一些试验成果均由二维试验槽所得，边壁效
应会影响模型渗流走向及溃决位置，进而导致试验结果与实际情况有所出入。因此，本文基于三维模
型试验台，全息模拟尾矿库地形，进行由排渗失效诱发的尾矿库渗透破坏溃坝试验，探究尾矿库溃坝
模式及溃决机理。

２ 物理模型试验

２．１ 试验原型 本文模型试验原型为河北省承德市境内某山谷型尾矿库。库区所在沟谷为 “Ｖ” 字
型，其北、东、西三面环山，库区纵深方向近似南北向，总体上呈北高南低之势，沟口处折向西南，
地形起伏较大。库区下游约 ５５０ｍ处为乡村公路，公路南侧为河套，与路面高差约 ３ｍ，下游约 ７２０ｍ
处为某 １１０ｋＶ变电站，变电站在公路北侧，设有围墙高约 １．８ｍ。
３
该尾矿库设计最终标高为 ８３３ｍ，总坝高为 １３０ｍ，总库容为 １３８３万 ｍ ，尾矿库为二等库。该库
初期坝采用透水堆石坝，坝顶标高 ７１８ｍ，坝高 １５ｍ，外坝坡比为 １∶１．７５，内坡坡比 １∶１．６。后期坝
采用上游法筑坝，堆积坝标高 ７６０ｍ设置宽平台，平台宽度为 ３２ｍ，最终堆积坝平均外坡比为 １∶３．８５。
３
＝ ２．７８ｇ?ｃｍ ，干密度
通过对库内尾矿砂进行粒径分析及物理力学指标测试，得到尾矿砂颗粒密度 ρ ｓ Ρ
３
＝ １．７７ｇ?ｃｍ ，中值粒径 ｄ ＝ ０．１５０ｍｍ ，有效内摩擦角 φ ′ ＝ ２８．５° ，有效黏聚力 ｃ′ ＝ ７．６ｋＰａ 。
５０ Ρ Ρ Ρ
ρ ｄ Ρ
２．２ 试验平台及监测布置 根据尾矿库设计资料及现场实测数据，笔者在室内建立了三维尾矿库溃坝
模拟试验平台 ［１７］ ，该平台包括初期坝与堆积坝坝体模型，水位控制、坝体位移监测与孔隙水压力测试等
系统，其中尾矿库坝体模型试验平台尺寸为 １０ｍ × ８ｍ × ３ｍ，下游泥石流流通区尺寸为 １２ｍ × ８ｍ × １ｍ，
如图 １所示。

图 １ 尾矿库溃坝模型试验平台示意图

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