ICS 73-010 D 01 DB13 河 北 省 地 方 标 准 DB13/T 2514—2017 尾矿库溃坝模型试验技术规程 Technology specification for dam break of tailing pond model test 2017 - 05 - 17 发布 河北省质量技术监督局 2017 - 08 - 01 实施 发 布 DB13/T 2514—2017 前 言 本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。 本标准由河北省水利厅提出并归口。 本标准起草单位：石家庄铁道大学，河北省水利工程局，河北铜源矿山工程设计有限责任公司， 河北省水利科学研究院。 本标准主要起草人：张力霆、刘治峰、张少雄、王树、齐清兰、朱永涛、李强、丁红强、胡春涛、 王晶晶、 周玎、姬志杰、史秋波、韩超、李光兆、马文君、刘雅帆、李进亮、 薛媛、王慧卿、蒙萌、 陈晓东、董垚、 张荣伟 、齐荣浩、高翔、董坤明、崔永梅、李晓燕、张友财、王如代 、赵玉体。 I DB13/T 2514—2017 尾矿库溃坝模型试验技术规程 1 范围 本标准规定了尾矿库溃坝模型试验设计、模型制作与安装、试验设备、量测仪器、试验内容与方 法、试验资料整理分析与报告编写。 本标准适用于山谷型、傍山型、截河型和平地型等尾矿库坝体溃决、泥石流演进及尾矿库渗流的 模型试验，并可供贮灰场等类似工程模型试验参考。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 50123 土工试验方法标准 SL 42 河流泥砂颗粒分析规程 SL 155 水工（常规）模型试验规程 SL 99 河工模型试验规 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 尾矿库溃坝模型 dam break model for tailing pond 以重力为主要动力因素，研究尾矿坝体由于各种因素发生溃决和形成泥石流运动的实体模型。 3.2 尾矿库整体模型 integrated model 研究尾矿库坝体溃决和泥石流演进的模型，包括尾矿库库区和下游地形。 3.3 尾矿库局部模型 partial model 研究尾矿库特定部位坝体溃决或泥石流演进的模型。 3.4 泥石流演进模型 evolution model of debris flow 研究尾矿库溃坝泥石流演进规律的模型。 3.5 1 DB13/T 2514—2017 残余坝体 residual tailing dam 尾矿库发生溃坝后残留在原位置的尾矿坝体。 3.6 泥石流防控措施 protection and control measure for debris flow 能够避免或减缓溃坝泥石流对保护区域侵害的各种型式的措施。 4 资料准备 4.1 进行溃坝模型试验时应收集尾矿库设计相关资料，包括： a) b） c) d) e) f) 尾矿库等别； 初期坝设计资料； 尾矿坝堆积高度、堆积坡度； 排水系统（包括排洪系统和排渗系统）； 调洪演算； 其他。 4.2 进行溃坝模型试验时应收集尾矿库库区及周边地形资料，包括： a) b) c) d) 尾矿库库区地形图； 尾矿库周边区域地形图； 尾矿库库区及周边相关设施布置图； 其他。 4.3 进行溃坝模型试验时应收集尾矿库库区及周边地质资料，包括： a) b) c) d) 尾矿库区域地质资料； 尾矿库库区工程地质资料； 坝址处岩土的物理力学指标； 其他。 4.4 应收集尾矿库所处区域水文、气象资料（洪水、降雨、降雪、风速、气温和冻土深度等）。 4.5 应收集尾矿料物理力学特性资料（密度、密实度、粒径级配、渗透系数、抗剪强度指标等）。 4.6 应收集尾矿库下游相关城镇及重要设施的分布资料。 4.7 认真分析、整理所收集的资料，如若发现问题及时与资料提供部门进行沟通、核对，并做好资料 的修改和更新记录工作。 5 模型试验设计 5.1 设计准则 5.1.1 尾矿库溃坝模型应满足几何相似、水流运动相似、泥砂运动相似和稳定状态相似，并应遵循重 力相似准则（弗劳德相似准则）。 2 DB13/T 2514—2017 5.1.2 模型尾矿料的选取，应符合以下相似条件： a) b) c) 研究渗透破坏引发的溃坝时，尾矿料应满足粒径比尺相似； 研究洪水漫顶引发的溃坝时，尾矿料应满足起动流速相似； 研究坝体滑动引发的溃坝时，尾矿料应满足稳定状态相似。 5.1.3 模型应满足阻力相似要求，保证水流和泥石流处于阻力平方区，至少应保证处于紊流区。 5.1.4 泥砂运动应满足起动条件相似、沉降条件相似、挟沙能力相似和冲淤时间相似。 5.1.5 尾矿库溃坝模型试验应采用正态模型，应满足坝体溃决过程的相似。 5.1.6 各物理量模型相似比尺应满足附录 A 的要求。 5.1.7 泥砂冲淤时间比尺与水流时间比尺不宜相差过大。 5.2 模型设计 5.2.1 模型设计应遵循 5.1 节规定的模型相似准则。 5.2.2 应根据工程规模、试验任务、试验场地、试验设备、仪器精度和供水能力等条件，合理选择模 型比尺及模拟范围。 5.2.3 应绘制模型总体布置图、建筑物模型详图、测点布置图。 5.2.4 模型类型与比尺的选择应满足以下要求： a) 研究尾矿库坝体溃决过程、溃决机理、坝体溃决后泥石流演进规律以及泥石流防控措施等， 应采用整体模型，几何比尺不宜大于100； b) 仅研究尾矿库坝体溃决或泥石流演进规律时，可采用局部模型，几何比尺不宜大于60； c) 尾矿库溃坝模型重点研究坝体溃决和泥石流演进规律，应采用定床模型。 5.2.5 模型料的选择应满足以下要求： a) 模型料的选择应满足起动相似和沉降相似； b) 选取的模型料应符合粒径比尺条件，且换算为原型的级配曲线应与原型砂基本相同； c) 所选取的模型料，其力学性能应保持稳定。对含有有机质的模型料，应进行脱脂防腐和防絮 凝处理。 5.2.6 模型料颗粒级配测定方法和沉降速度测定方法应符合《河流泥砂颗粒分析规程》（SL 42）规 定；模型砂密度测定方法应符合《土工试验方法标准》（GB/T 50123）规定。 5.2.7 泥砂起动流速宜在可调节坡度的透明水槽内进行测定。 5.2.8 模型设计应考虑供水系统、地形模拟系统、测量系统和水砂回收系统等，并选用合适的量测仪 器。 5.2.9 应根据阻力相似的要求选择模型加糙方法。 6 模型制作与安装 6.1 模型地形制作应满足阻力相似条件。 3 DB13/T 2514—2017 6.2 模型制作与安装时，应保证材料的结构稳定性。 6.3 模型安装应满足《水工（常规）模型试验规程》（SL 155）的精度要求。 6.4 模型制作安装完成后，应进行质量和精度检查，并记录检查结果。 7 试验设备 7.1 供水系统包括蓄水池、水泵、稳水装置、平水装置、流量调节装置和输水管等。 7.2 蓄水池和水泵应满足试验所需水量和流量要求，并方便回水。 7.3 平水装置应易于控制水位。 7.4 水砂回收系统应实现水砂有效分离并能及时回收与再利用。 8 量测仪器 8.1 试验量测仪器主要包括水位测量仪、流量测量仪、浸润线测量仪、泥石流表层流场测量仪、泥石 流厚度测量仪、冲击力测量仪和高速摄像机等。 8.2 量测仪器应在检定有效期内。 8.3 浸润线测量宜使用测压管，测压管入口端应做好防砂措施，防止砂土进入测压管内。 8.4 泥石流表层流场测量宜采用粒子跟踪测速技术。 8.5 泥石流厚度宜采用高精度超声探测法进行测量。 8.6 泥石流冲击力的测量不应对其运动产生较为明显的影响。 8.7 坝体溃决过程和泥石流演进过程宜采用高速摄像机观测。 9 试验内容与方法 9.1 坝体溃决和泥石流演进过程观测。 9.1.1 应定性、定量描述尾矿库坝体溃决过程，说明坝体浸润变化规律、坝体溃决破坏模式、溃决区 域等特征。 9.1.2 应定性、定量描述溃坝泥石流演进过程，说明泥石流演进规律、泥石流覆盖范围、泥石流防控 措施效果等特征。 9.2 泥石流厚度测量 9.2.1 泥石流厚度测量点应根据原型和模型试验需要设置。 9.2.2 试验前应将厚度测量仪进行归零调校。 9.2.3 泥石流厚度测量时间应包括泥石流运动全过程。 9.3 泥石流表层流场测量 4 DB13/T 2514—2017 9.3.1 泥石流表层流场测量应覆盖泥石流运动全部区域。 9.3.2 表层流场宜采用示踪粒子法测量，示踪粒子应均匀分布。 9.3.3 泥石流表层流场测量时间应包括泥石流运动全过程。 9.4 泥石流冲击力测量 9.4.1 泥石流冲击力测量点应根据原型和模型试验需要设置。 9.4.2 应根据实际情况选择合适量程的测量传感器。 10 试验资料整理分析与报告编写。 10.1 成果分析 试验成果分析宜包括： a) 坝体溃决模式、溃决发展过程、溃决范围以及最终残留坝体形态； b) 泥石流覆盖范围随时间的变化过程； c) 泥石流表层流速场随时间的变化过程； d) 特征点处泥石流厚度、冲击力随时间的变化过程； e) 坝体浸润线随时间的变化过程； f) 泥石流防控措施对泥石流的防护控制效果。 10.2 试验报告编写 试验报告内容应包括（但不限于）： a) 工程概况； b) 试验目的、研究内容及思路； c) 技术路线和方法； d) 模型设计； e) 试验过程； f) 试验数据； g) 成果分析； h) 结论与建议。 5 DB13/T 2514—2017 附 录 A （规范性附录） 模型相似比尺 A.1 模型相似比尺要求见表A.1。 表A.1 模型相似比尺 相似准则 相似比尺 符号 比尺关系 备注 几何相似 模型几何比尺 L L 正态定床模型 流速比尺 v v  L 0.5 流量比尺 Q Q  L 5/ 2 糙率比尺 n n   时间比尺 t t  L1/2 沉降速度比尺    v 起动流速比尺 vc vc  v 挟沙能力比尺 S 水流运动相似 泥沙运动相似 — 冲淤时间比尺 稳定状态相似 6 堆积密度比尺 t * 2  1/6 L  S   * t  2  S  = s 冲淤时间比尺与时间比尺相差不宜过大 s  0 t * c L — DB13/T 2514—2017 附 录 B （规范性附录） 尾矿库溃坝模型试验测量精度要求 B.1 尾矿库溃坝模型试验测量精度要求见表B.1。 表 B