DB21T+4461-2026尾礦庫潰壩模擬技術規程

ICS13.100CCSC7221DB21/T4461-2026I前言 Ⅲ 2規范性引用文件 3術語和定義 4基本資料 5潰壩風險識別與分析 6潰壩數值模擬 7報告編寫 附錄A（資料性）尾礦庫潰壩數值模擬基本控制方程 7附錄B（規范性）尾礦庫潰壩模擬分析成果要求 附錄C（資料性）尾礦庫潰壩模擬分析報告提綱 參考文獻 DB21/T4461-2026Ⅲ本文件按照GB/T1.1-2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規則》給出的規則起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發布機構不承擔識別專利的責任。本文件由遼寧省自然資源廳提出并歸口。本文件起草單位：遼寧有色勘察研究院有限責任公司、遼寧大學。本文件主要起草人：侯永莉、郝喆、姚文生、張亮、肖圣博、滕達、田亞光、韓義超、李國棟、范鵬、孫鴻昌、張文、朱淳、彭銘。本文件發布實施后，任何單位和個人如有問題和意見建議，均可以通過來電和來函等方式進行反饋，我們將及時答復并認真處理，根據實際情況依法進行評估和復審。歸口管理部門通訊地址：遼寧省自然資源廳（遼寧省沈陽市皇姑區北陵大街29號），聯系電話起草單位通訊地址：遼寧有色勘察研究院有限責任公司（遼寧省沈陽市沈河區青年北大街7號聯系電話DB21/T4461-20261尾礦庫潰壩模擬技術規程本文件規定了尾礦庫潰壩模擬的技術要求，包括基本資料、潰壩風險識別與分析、潰壩數值模擬、報告編寫等。本文件適用于尾礦庫的潰壩數值模擬，可供圍堰、堤防等類似工程參考。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB39496-2020尾礦庫安全規程GB50021巖土工程勘察規范GB/T50123土工試驗方法標準GB50191構筑物抗震設計規范GB/T50266工程巖體試驗方法標準GB/T50547尾礦堆積壩巖土工程技術標準GB50863-2013尾礦設施設計規范SL/T164潰壩洪水模擬技術規程3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1尾礦庫潰壩模型dambreakmodelfortailingspond研究尾礦庫壩體由于各種因素發生潰決和形成泥石流運動的數值模型。3.2尾礦庫潰壩數值模擬numericalsimulationoftailingsdambreak利用尾礦庫潰壩模型，模擬分析尾礦壩發生潰決及其泥石流在尾礦庫區及下游地形的流動狀態。3.3淹沒范圍inundatedarea尾礦庫潰壩泥石流在庫區下游的覆蓋范圍。3.4淹沒厚度inundateddepth尾礦庫潰壩泥石流在庫區下游的堆積厚度。3.5DB21/T4461-20262演進流速evolutionvelocity尾礦庫潰壩泥石流向下游演進的速度。3.6泥石流防控措施protectionandcontrolmeasuresfordebrisflow能夠避免或減緩潰壩泥石流對保護區域侵害的各種型式的措施。3.7失穩潰決dambreakcausedbyinstability尾礦壩壩坡較陡或筑壩材料抗剪強度不足，在外部荷載增加、滲流壓力增大或震動液化等因素影響下，出現尾礦壩失穩破壞，進而使得庫內尾砂失去約束，發生潰壩事故。3.8漫頂潰決dambreakcausedbyfloodovertopping尾礦庫遭遇強降雨或大量水流匯聚時，庫內水位短時間上升，且壩體滲透性低，雨水來不及排出，造成洪水漫頂而導致壩體潰決。3.9逐漸潰gradualdambreak由于尾礦壩失穩等原因，出現局部潰口，在水流沖刷、滲透破壞等作用下，潰口由小到大、逐步發展的潰決模式。3.10全潰totaldambreak由于尾礦壩洪水漫頂等原因，壩體一次性完全潰決、庫內物料瞬間集中下泄的潰決模式。4基本資料4.1收集尾礦庫所在區域的地理位置、自然地理條件、社會經濟條件等基本數據和信息。4.2收集尾礦庫庫區及周邊數字地形圖、相關設施布置圖、遙感影像圖等，數字地形圖范圍應包含庫區匯水區及壩下游影響區，比例應滿足潰壩模擬精度要求。4.3收集尾礦庫安全管理的現行有效相關技術報告，包括以下內容：a）尾礦庫巖土工程勘察及穩定性評價報告，獲取尾礦庫區域地層巖性、地質構造、巖土參數、地下水等基本參數和壩體穩定性結論。尾礦庫巖土工程勘察應按GB50021和GB/T50547執行，巖土參數獲取應按GB/T50123和GB/T50266執行。b）尾礦庫安全評價報告，明確尾礦庫安全穩定特征。c）尾礦庫安全設施設計、施工報告、竣工驗收報告等，明確以下內容：——尾礦庫類型、庫容、等別、布置型式、堆存方式；——壩型、壩體結構、排滲及防滲形式；——防排洪系統設計與布置；——其他：壩基處理相關資料等。d）尾礦庫排洪系統檢測和調洪演算報告，明確以下內容：——排水構筑物的質量檢測結果；——尾礦庫庫容曲線、入庫洪水、設計防洪標準、排水構筑物、泄水構筑物及防洪能力等。e）尾礦庫安全監測報告，獲取壩體位移、浸潤線、庫水位等監測數據與分析結果。f）尾礦庫隱蔽致災因素普查報告，獲取尾礦庫隱蔽致災因素、防治措施和成效。g）尾礦庫隱患排查治理報告，獲取尾礦庫隱患內容、整改措施和結果。4.4收集尾礦壩下游的居民區及人員密集場所、重要基礎設施、生態環境敏感區、工礦企業等信息。4.5現有資料不滿足潰壩模擬分析要求時，可適當布置測繪、勘察、檢測等工作。DB21/T4461-202635潰壩風險識別與分析5.1潰壩類型和風險因素識別5.1.1尾礦庫潰壩可分為失穩潰決和漫頂潰決兩種類型。5.1.2尾礦壩失穩主要風險因素包括壩體材料物理力學性質較差、尾礦壩外坡過陡、浸潤線過高、壩體滲漏、地震液化等。5.1.3尾礦壩漫頂主要風險因素包括防洪標準低、泄洪能力差、干灘長度小、安全超高不足等。5.1.4尾礦庫存在失穩潰決風險的判定應符合下列規定：——尾礦壩幾何形態不均勻。——尾礦壩識別的風險因素符合5.1.2的規定。——尾礦壩出現滑坡裂縫、隆起、沉降或位移加速，壩體滲漏攜帶泥沙外泄等跡象時，可判定為失穩潰決。——判定為失穩潰決時，宜通過尾礦壩三維穩定性模擬分析，確定初始潰口位置。5.1.5尾礦庫存在漫頂潰決風險的判定應符合下列規定：——尾礦壩幾何形態均勻。——尾礦壩識別的風險因素符合5.1.3的規定。——尾礦庫出現持續強降雨、庫區上游來水量驟增，排洪系統堵塞、失效等跡象時，可判定為漫頂潰決。5.2潰壩風險分析5.2.1尾礦庫壩體失穩潰決風險分析a）壩體抗滑穩定的安全系數，不應小于表1規定的數值。表1壩坡抗滑穩定的最小安全系數1234，5法b）應檢測尾礦壩現狀壩高和外坡坡比。檢測壩的外坡坡比時，應選擇最大壩高斷面和壩坡較陡斷面，且每100m壩長應不少于2處。c）應根據尾礦庫安全監測數據，確定并復核浸潤線高度。5.2.2尾礦庫洪水漫頂潰決風險分析a）尾礦庫防洪標準應符合下列規定：——尾礦庫的防洪標準應根據尾礦庫的等別、庫容、壩高、使用年限及對下游可能造成的危害程度等因素，按表2確定。DB21/T4461-20264表2尾礦庫防洪標準單位：年一二三四五——當確定的尾礦庫等別的庫容或壩高偏于該等上限，尾礦庫使用年限較長或失事后對下游會造成嚴重危害者，防洪標準應取上限或提高等別。——中線式或下游式尾礦筑壩的尾礦庫，堆壩區的防洪標準應不小于50年一遇洪水。——尾礦庫排洪系統外的尾礦壩壩肩截水溝、壩面排水溝的防洪標準應不小于年最大24h雨量均值。b）尾礦庫泄洪能力應符合下列規定：——尾礦庫調洪演算應采用水量平衡法進行計算。尾礦庫的一次洪水排出時間應小于72h。——尾礦庫應采取防止泥石流、滑坡、樹木雜物等影響泄洪能力的工程措施。c）尾礦庫干灘長度與安全超高應符合下列規定：——上游式尾礦堆積壩沉積灘頂與設計洪水位的高差應符合表3的最小安全超高值的規定；灘頂至設計洪水位水邊線的距離應符合表3的最小干灘長度值的規定。表3上游式尾礦堆積壩的最小安全超高與最小干灘長度單位：米壩的級別12345注1：3級及3級以下的尾礦壩經滲流穩定分析安全時，表內最小干灘長度最多可減——下游式和中線式尾礦壩壩頂外緣至設計洪水位時水邊線的距離應符合表4的規定；壩頂與設計洪水位的高差應符合表3的最小安全超高值的規定。表4下游式和中線式尾礦壩的最小干灘長度單位：米壩的級別123456潰壩數值模擬6.1一般規定6.1.1尾礦庫潰壩數值模擬，應包括尾礦壩穩定性模擬和潰壩泥石流演進模擬兩部分。6.1.2尾礦庫潰壩數值模擬之前，應據5.1和5.2的規定進行尾礦庫潰壩風險識別與分析。6.1.3宜依據尾礦庫潰壩類型，結合尾礦壩穩定性模擬分析，確定計算滑移面，判定尾礦壩潰決時的DB21/T4461-20265模擬潰口部位和形態。6.1.4模擬逐漸潰潰口泥石流過程時，可采用動網格模擬技術，反應潰口形狀變化過程。6.1.5尾礦壩穩定性模擬和潰壩泥石流演進模擬，應采用三維數值模擬法計算。6.2尾礦壩穩定性模擬分析6.2.1尾礦壩穩定性模擬分析應采用三維尾礦壩模型。6.2.2尾礦壩穩定性計算的本構模型，宜采用Mohr-Coulomb或Drucker-Prager準則。6.2.3尾礦壩穩定性計算參數應符合下列規定：a）應根據巖土工程勘察報告獲取尾礦壩壩體及壩基土的物理力學參數。b）應根據強度計算方法與土的類別，按照GB50863中的要求選取尾礦壩壩體及壩基土的抗剪強度指標試驗方法。c）穩定性模擬需輸入物理力學參數包括密度、彈性模量、泊松比、黏聚力、內摩擦角、滲透系數6.2.4尾礦壩穩定性邊界條件，應符合下列規定：a）尾礦壩坡面及壩頂等臨空面可不設置約束條件。b）其余邊界宜設置位移約束條件加以控制。6.2.5尾礦壩穩定性計算方法，應符合下列規定：a）尾礦壩模型求解方法宜采用有限差分法、有限元法等。b）對于尾礦堆積壩，模擬時可用擬合法確定控制浸潤線。c）對于尾礦堆積壩，可采用流固耦合分析，明確壩體內部地下水滲流模式及其對穩定性的影響。6.3潰壩模型及模擬方法6.3.1尾礦庫潰壩模型應符合下列規定：a）應建立三維尾礦庫模型，并充分考慮庫區和下游復雜性，實現模擬真實地形對潰壩泥石流演進的影響。b）潰壩模擬范圍宜包括全庫區；下游模擬范圍應大于潰壩可能淹沒范圍，并充分考慮溝谷、農田、村莊、河流和公路等復雜地形地物條件。6.3.2尾礦庫潰壩模擬輸入的物理力學參數包括粒徑、密度、孔隙比、粘度、糙率等。6.3.3尾礦庫潰壩泥石流模擬方法應符合下列規定：a）潰壩泥石流本構關系宜采用VOF多相流模型與k_ε湍流模型，也可采用粘性賓漢流體模型。b）VOF多相流模型相數為2，即潰壩泥石流和空氣兩種，計算在自重作用下潰壩流動情況。c）由潰壩泥石流下泄體積和潰壩下泄流量過程線確定尾礦庫潰壩持續時間，待模擬結果基本無變化結束計算。6.3.4尾礦庫潰壩求解應符合下列規定：a）潰壩數值模擬宜利用精細建模軟件和流體動力學軟件相耦合，實現尾礦庫潰壩泥石流流動的高精度模擬。b）潰壩數值模型求解方法宜采用有限差分法、有限元法、有限體積法等，并適應潰壩泥石流在尾礦庫下游演進過程的模擬要求。6.3.5尾礦庫潰壩模擬基本控制方程，可參照本文件附錄A和SL/T164中5.1.1的要求。6.4網格劃分及定解條件6.4.1尾礦庫潰壩模擬的計算網格應符合下列規定：a）計算網格可采用結構網格和非結構網格，并覆蓋全部模擬區域。DB21/T4461-20266b）計算網格應反映尾礦庫特征和地形變化，網格的布設應疏密得當。c）對重點區域、地形地物變化較大區域、體積較小構筑物等，網格應適當加密；對于地勢較為平坦，地形地物變化不大的區域，網格尺寸可適當放大。d）應統籌網格質量、網格精度和計算效率，在保證網格質量和精度的前提下，適當提高計算效率。e）宜進行計算網格無關性分析。6.4.2尾礦庫潰壩模擬的定解條件應符合下列規定：a）初始條件，應根據潰壩模擬的設計要求，確定潰壩前的壩高和庫水位參數。b）尾礦壩壩頂，可考慮臨時堆載的影響。c）邊界條件，應根據模擬軟件要求詳細設置，符合下列規定：——初期壩及堆積壩表層應依據孔隙水壓力設為透水邊界；——尾礦壩頂面、平臺及坡面可為自由面，下游邊界條件應給定自由出流；——其余邊界可通過位移邊界條件控制。d）尾礦壩潰口設置為潰壩泥石流流量入口。6.5計算方案6.5.1應根據5.1的要求，確定尾礦壩潰壩類型和潰口部位。6.5.2尾礦庫潰壩模式可分為以下兩類。a）失穩潰決的潰壩模式宜為逐漸潰。b）漫頂潰決的潰壩模式宜為全潰。6.5.3逐漸潰的潰口流量過程分析，宜符合下列規定：a）先根據穩定性計算確定初始潰口的形狀和尺寸，同時假定該形狀隨潰口發展保持不變，然后根據泥沙沖刷率公式計算下一時段潰口處的泥沙沖刷量。b）根據泥沙沖刷量計算下一時刻潰口的下切深度。c）根據新的潰口底部高程和潰口的潰口寬度，計算下一時刻的潰口出流量。6.6結果分析6.6.1尾礦壩穩定性結果分析應包括下列內容：a）尾礦壩穩定特征及滑面。b）尾礦壩潰口部位和形態。6.6.2潰壩結果分析應包括下列內容：a）泥石流的演進過程；b）特征斷面的泥石流變化過程；c）特征點的泥石流變化過程；d）提出相應措施及建議。6.6.3尾礦庫潰壩模擬分析成果，應符合附錄B的要求。7報告編寫7.1尾礦庫潰壩模擬分析報告，內容應包括：項目基本情況，尾礦庫概況，尾礦庫潰壩風險分析，尾礦壩穩定性模擬分析，尾礦庫潰壩數值模擬分析，結論與建議等。7.2尾礦庫潰壩模擬分析報告提綱，宜參照附錄C的要求。DB21/T4461-20267（資料性）尾礦庫潰壩數值模擬基本控制方程A.1數學模型及基本假設A.1.1由連續性方程和動量方程所組成的流動模型（圣維南方程組），見式（A.1）～式（A.2）。連續性方程：..................（A.1）動量方程：pBi..................式中：ρ—密度系數，kg/m3；μ—分子黏性系數，N.s/m2，分子黏性系數由賓漢模型給出；p—修正壓力，Pa；Bi—單位體積的體積力，N/m3；μt—紊流黏性系數，N.s/m2。A.1.2潰壩理論分析及模擬中，采用以下幾點假設：1）采用拉格朗日方法描述固體骨架，并假設其為連續介質；2）固體顆粒不可壓縮；3）采用太沙基有效應力原理，固體骨架采用有效應力模型模擬；4）考慮孔隙率和顆粒骨架體積隨時間的變化；5）等溫條件。A.2數值計算原理A.2.1應用VOF法和k-ε雙方程紊流模型耦合的數值模擬方法，對潰壩泥石流場進行模擬。A.2.2VOF模型VOF法在計算域內，對模型中的每一相引入一個變量——相體積分數F，F是空間和時間的函數，即F=F（x，y，z，t）。在離散網格內，F取值是網格內各相流體的體積與能夠被流體通過的空間體積A.2.3湍流模式標準的k_ε模型是基于能量方程和擴散速率方程而得出的模型，湍流動能k和耗散率ε:k方程：ε方程：DB21/T4461-20268G-C2εp..................（A.5）t..................（A.6）式中：ui、uj—速度分量，m/s；xi、xj—坐標分量，m；ρ—流體密度，kg/m3；μ—分子動力黏性系數，N·m/s；k—紊動動能，m2/s2；ε—紊動耗散率，m2/s2；P—修正壓力，Pa；σk、σε—k、ε的紊流普朗特數，無因次；C1ε、C2ε—經驗常數，無因次；cμ—經驗常數取0.09。A.2.4求解方法將模型的控制方程k-ε紊流方程和VOF法的體積函數輸運方程用以下通用方程表示，包含時間導數項、對流項、擴散項、源項。..................（A.7）式中：uj—流體速度矢量，m/s；ρ—流體密度，kg/m3；φ—通用因變量（如u、v、w、k、ε等）；Γφ—對應于φ的擴散系數，cm2/s；Sφ—方程的源項。采用有限體積法離散方程，控制體積單元如圖A.1。在由表面Sj（j=1，N）所圍成的控制體積VP內，對上式進行積分得到下式：DB21/T4461-20269pφdVdSSφdV..................T1T2T3式中：ur—流體相對于表面S的速度，m/s；T1—時間導數項；T2—總通量項，包括對流項和擴散項；T3—源項。DB21/T4461-2026（規范性）尾礦庫潰壩模擬分析成果要求尾礦庫潰壩模擬分析成果，見表B.1。表B.1尾礦庫潰壩模擬分析成果表利用精細建模軟件，建立尾礦壩穩定性和潰壩模擬三維計算模型。模型模擬范圍宜包括全庫根據模擬結果，提取尾礦庫發生潰壩過程以及潰決泥石流在不同時刻演進的淹沒范圍，時間根據模擬結果，提取尾礦庫潰決后下泄泥石流對地面壓力，并獲得泥石流淹沒厚度的演進分根據模擬結果，提取尾礦庫潰決后下泄泥石流流動的演進流速分布。時間間隔以100s～300s根據模擬結果，提取尾礦庫自潰口起泥石流演進的最大淹沒范圍，并分析對尾礦壩下游居民DB21/T4461-2026（資料性）尾礦庫潰壩模擬分析報告提綱C.1前言簡要說明模擬分析的目的、內容、過程和結果。C.2項目基本情況C.2.1項目背景說明項目來源，礦山基本概況，尾礦庫類型和規模，潰壩模擬分析目的，任務要求等。C.2.2編制原則和依據說明編制原則、編制依據。C.2.3模擬內容與工作組織簡述潰壩模擬分析內容和方法，模擬分析工作組織，實施過程等。C.3尾礦庫概況C.3.1尾礦庫基本情況說明尾礦庫地理位置、自然地理條件、地質條件、社會經濟條件、周邊環境、下游敏感區等。C.3.2尾礦庫設計概述針對潰壩模擬目的任務，闡述相應的尾礦庫安全設施設計內容及相關要求。C.3.3尾礦庫現狀闡述尾礦庫庫容、等別、布置型式、堆存方式等。闡述尾礦庫防洪標準和防排洪系統布置。闡述尾礦壩壩型、結構形式、幾何尺寸、排滲防滲等。闡述尾礦庫監測設施、庫區道路、其他輔助設施等。C.3.4尾礦庫安全管理現狀闡述尾礦庫安全穩定特征、隱患情況、隱蔽致災因素識別情況及防治措施等。闡述尾礦庫排洪系統質量和排洪能力等。闡述尾礦庫安全監測指標及分析結果。C.4尾礦庫潰壩風險分析C.4.1潰壩類型識別分析可能出現的潰壩類型和風險因素。C.4.2潰壩風險分析進行尾礦庫失穩潰決風險分析，尾礦庫漫頂潰決風險分析，明確尾礦庫潰壩風險。C.5尾礦壩穩定性模擬分析C.5.1分析方法說明尾礦壩穩定性模擬方法，模擬軟件及其主要功能。C.5.2模型建立建立計算模型，輸入計算參數、邊界條件等。C.5.3穩定性分析進行尾礦壩穩定性三維數值模擬分析。DB21/T4461-2026根據模擬結果，分析尾礦壩應力和變形特征，滑面部位，安全系數等，確定潰壩模擬潰口部位。C.6尾礦庫潰壩模擬分析C.6.1理論基礎說明尾礦庫潰壩模擬原理，模擬軟件及其主要功能。C.6.2模型建立建立潰壩模擬計算模型及基本假設，輸入初始條件、計算參數和邊界條件等，根據潰壩類型識別和穩定性分析結果，明確潰決模式，輸入潰口位置尺寸。C.6.3數值模擬分析進行尾礦庫潰壩的數值模擬分析。根據潰壩模擬結果，分析潰壩泥石流演進情況、泥石流壓力（淹沒厚度）演進情況、特征斷面和特征點的泥石流變化過程、泥石流演進流速情況、潰壩泥石流最終淹沒范圍等。分析潰壩泥石流沿下游的最大擴散距離，與居民區及人員密集場所、重要基礎設施、生態環境敏感區、工礦企業等的對應關系，分析潰壩對下游的損害程度。提出潰壩泥石流防控措施。C.7結論與建議C.7.1主要結論模擬方法和軟件選擇，尾礦壩穩定性模擬結果，尾礦庫潰決模式和