基于尖点突变理论的尾矿坝溃坝触发机制研究

本项目针对溃坝触发机制这一尾矿坝灾害防治中的关键科学问题，以亚洲最大的尾矿坝-江西铜业公司德兴铜矿4号尾矿坝为示范工程，采用适用于描述作用力或动力渐变而导致突变现象的尖点突变理论，基于应变软化模型与能量位移关系推导出含有位移项的尾矿坝稳定性的平衡方程，建立尾矿坝溃坝触发的尖点突变分岔集方程，提出溃坝触发判别准则。通过系统室内实验研究，分析尾矿应变软化特征，建立描述模型，探索饱和度、酸性尾矿水浸泡时间及高应力等因素对溃坝控制变量的影响规律，揭示尾矿坝溃坝触发机制。结合收集到的溃坝资料验证和修正提出的溃坝触发模型。根据示范工程的现场监测资料，研究尾矿坝在运行过程中溃坝触发条件的影响因素及变化规律，为尾矿坝的溃坝预警及安全运行提供理论支撑。本项目研究成果将突破尾矿坝灾变防治领域的瓶颈问题，实现尾矿坝溃坝预警及灾害预防，有力推动金属采掘业的可持续发展，具有较高的理论价值与良好的应用前景。

本项目针对我国尾矿坝灾害防治中的关键科学问题—尾矿坝溃坝触发机制，以亚洲最大的尾矿坝—德兴铜矿4号尾矿坝为研究对象，对其进行现场勘察取样，通过室内实验研究了尾矿坝的颗粒沉积特性，探明了尾矿材料的饱和度、干密度等指标的空间分布规律。研究了干密度对土水特征曲线的影响，得到考虑干密度影响的尾矿材料土水特征曲线模型。通过高压三轴压缩试验研究，建立了考虑高压作用的尾矿材料强度模型。分析了试验前后尾矿样的颗粒级配，并对尾矿样的颗粒破碎进行分析。基于尖点突变理论，从能量理论角度提出含有位移项的尾矿坝稳定性的平衡方程，推导判别尾矿坝溃坝触发突变的分岔集方程，提出了溃坝判别准则；研究了尾矿应变软化特征，分析了饱和度及高应力尾矿破碎等因素对尾矿坝力学参数控制变量的影响规律，揭示尾矿坝溃坝触发机制；结合示范工程监测数据，基于尾矿坝尖点突变溃坝研究成果，开发出了尾矿坝研安全预警软件，实现了降雨条件下的尾矿坝安全度的实时预报，为尾矿坝的溃坝预警提供了科学支撑。