一种用于尾矿库降雨失稳分析的模拟试验装置

1.本实用新型涉及矿业工程尾矿库风险模拟研究领域，尤其是涉及一种用于尾矿库降雨失稳分析的模拟试验装置。


背景技术：

2.尾矿库是矿山的重要设施，一旦尾矿库发生溃坝或滑坡，将对居民人身及财产造成巨大损失。尾矿库失效事故研究发现，降雨会导致尾矿库内部水位上升，浸润线上升，土体参数骤降，最终发生溃坝。
3.由于天然降雨偶然性强，相关数据用于研究缺乏借鉴性，降雨时间及降雨强弱等无法进行定量精准控制，因此降雨对尾矿土体参数的影响难以进行定量研究。
4.目前，针对降雨导致尾矿库坝溃坝，国内外学者开展了一系列有针对性的现场试验和物理模型试验，其中，在降雨对尾矿库失稳的模拟上集中于暴雨造成的洪水漫顶溃坝、及不同降雨模式对尾矿坝溃坝的影响。
5.但是，传统的模拟降雨试验模型通常都有占地面积大、便捷性差、操作复杂的特点。此外，现有的尾矿库降雨模型装置的功能单一、价格昂贵。


技术实现要素：

6.本实用新型实施例提供了一种用于尾矿库降雨失稳分析的模拟试验装置，其能够研究不同降雨时间及降雨强度等因素对尾矿库的影响，以进行尾矿库降雨失稳分析。
7.本实用新型实施例所提供的技术方案如下：
8.本实用新型实施例提供了一种用于尾矿库降雨失稳分析的模拟试验装置，包括：
9.透明的模型箱，所述模型箱的底部堆积有透水坝模型，所述模型箱的至少一侧壁上设有多条坡比线，各条所述坡比线与第一水平方向的夹角不同；
10.降雨单元，所述降雨单元架设于所述模型箱的顶部，且所述降雨单元上分布有用于模拟降雨的多个喷头；及
11.降雨参数控制单元，所述降雨参数控制单元包括储水箱、连通在所述储水箱与所述多个喷头之间的水管、及设置于所述水管上的水泵。
12.示例性的，所述降雨参数控制单元还包括设置于所述水管上的流量计。
13.示例性的，所述水泵为能够控制水量大小的变频水泵。
14.示例性的，所述降雨参数控制单元还包括可调节时长的定时开关，所述水泵上设有与电源连接的电源线，所述定时开关设置于所述电源线上。
15.示例性的，所述降雨单元包括架设于所述模型箱顶部的降雨板，所述降雨板划分为阵列分布的多个子区域，每一所述子区域的中心设有至少一个喷头。
16.示例性的，所述多个喷头中各喷头的喷射角度可调。
17.示例性的，所述多条坡比线包括第一坡比线、第二坡比线、第三坡比线、第四坡比线和第五坡比线，所述第一坡比线、所述第二坡比线、所述第三坡比线、所述第四坡比线和
所述第五坡比线与水平方向之间的夹角依次为33.7
°
、26.6
°
、21.8
°
、18.4
°
、14.0
°
。
18.示例性的，所述模型箱的内腔通过竖直的挡板分隔开为库区和筑坝区，所述筑坝区内用于堆积尾矿坝模型，在所述筑坝区内对应所述尾矿坝模型中间的位置设有浸润线测试组件，对应所述尾矿坝模型尾部的位置堆积有所述透水坝模型，所述透水坝模型外侧与所述库区底部均开设有泄水孔。
19.示例性的，所述浸润线测试组件包括多个透水管和多个水位计，多个所述透水管间隔分布于所述模型箱与所述第一水平方向平行的中心线上，所述水位计放置于所述透水管内。
20.示例性的，还包括模型箱固定支架，所述模型箱放置于所述模型箱固定支架上，且所述模型箱固定支架的底部设有多个滚轮。
21.本实用新型实施例所带来的有益效果如下：
22.上述方案中，所述用于尾矿库降雨失稳分析的模拟试验装置中包括透明的模型箱、降雨单元和降雨参数控制单元，其中模型箱的底部堆积有透水坝模型，且模型箱的侧壁上设有多条坡比线，可用于实现不同坡比尾矿坝模型堆积，以模拟不同坡比尾矿坝；在模型箱的顶部设有降雨单元，降雨单元与降雨参数控制单元连接，可以通过降雨参数控制单元来控制降雨单元的降雨强度、降雨时间等参数，从而该装置可实现模拟不同降雨时间和降雨强度等因素对尾矿库的影响，进而实现尾矿库降雨失稳分析。
23.在本实用新型进一步的实施例中，所述水泵可选用变频水泵，以控制降雨强度，通过定时开关控制降雨时间，通过流量计观测降雨流量，从而实现智能化降雨；且所述模型箱通过预先标志的多条坡比线，能够更加方便尾矿坝模型的堆积成型以及相似模拟试验的进行；所述尾矿坝中间设有透水管，透水管内放置有可自动读数的水位计，可随时观测水位变化；所述模型箱上方的降雨单元上喷头的喷射角度可控，可调节降雨方向；此外，所述模型箱被分隔为库区和筑坝区，在所述筑坝区堆积尾矿坝模型，且透水坝模型设置于尾矿坝模型尾部，透水坝模型外侧和所述库区底部均开设有泄水孔，便于排水及模型箱清理。
24.本实用新型模拟简单、可操作性强、智能化高，能更加简单、高效地研究尾矿库在降雨条件下的失稳机理分析，可广泛应用于尾矿库模拟试验研究，并对实际工程具有指导和参考意义。
附图说明
25.并入本文中并且构成说明书的部分的附图示出了本实用新型的实施例，并且与说明书一起进一步用来对本实用新型的原理进行解释，并且使相关领域技术人员能够实施和使用本实用新型。
26.图1为本实用新型的用于尾矿库降雨失稳分析的模拟试验装置的结构示意图；
27.图2为本实用新型的用于尾矿库降雨失稳分析的模拟试验装置中模型箱的主视图；
28.图3为本实用新型的用于尾矿库降雨失稳分析的模拟试验装置中模型箱的俯视图；
29.图4为本实用新型的用于尾矿库降雨失稳分析的模拟试验装置中降雨单元的俯视图。
30.图中，各部件标记如下：
31.1、储水箱；2、水管；3、流量计；4、电源；5、定时开关；6、电线；7、水泵固定支架；8、变频水泵；9、降雨单元；10、喷头；11、模型箱；12、挡板；13、透水管；14、透水坝模型；15、坡比线；16、模型箱固定支架；17、水位计；18、滚轮。
32.如图所示，为了能明确实现本实用新型的实施例的结构，在图中标注了特定的结构和器件，但这仅为示意需要，并非意图将本实用新型限定在该特定结构、器件和环境中，根据具体需要，本领域的普通技术人员可以将这些器件和环境进行调整或者修改，所进行的调整或者修改仍然包括在后附的权利要求的范围中。
具体实施方式
33.下面结合附图和具体实施例对本实用新型提供的一种用于尾矿库降雨失稳分析的模拟试验装置及其使用方法进行详细描述。同时在这里做以说明的是，为了使实施例更加详尽，下面的实施例为最佳、优选实施例，对于一些公知技术本领域技术人员也可采用其他替代方式而进行实施；而且附图部分仅是为了更具体的描述实施例，而并不旨在对本实用新型进行具体的限定。
34.需要指出的是，在说明书中提到“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等指示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。另外，在结合实施例描述特定特征、结构或特性时，结合其它实施例(无论是否明确描述)实现这种特征、结构或特性应在相关领域技术人员的知识范围内。
35.通常，可以至少部分从上下文中的使用来理解术语。例如，至少部分取决于上下文，本文中使用的术语“一个或多个”可以用于描述单数意义的任何特征、结构或特性，或者可以用于描述复数意义的特征、结构或特性的组合。另外，术语“基于”可以被理解为不一定旨在传达一组排他性的因素，而是可以替代地，至少部分地取决于上下文，允许存在不一定明确描述的其他因素。
36.如本文使用的，术语“标称/标称地”是指在生产或制造过程的设计阶段期间设置的针对部件或过程操作的特性或参数的期望或目标值，以及高于和/或低于期望值的值的范围。值的范围可能是由于制造过程或容限中的轻微变化导致的。如本文使用的，术语“大约”指示可以基于与主题半导体器件相关联的特定技术节点而变化的给定量的值。基于特定技术节点，术语“大约”可以指示给定量的值，其例如在值的5％-15％(例如，值的
±
5％、
±
10％或
±
15％)内变化。
37.可以理解的是，本实用新型中的“在
……
上”、“在
……
之上”和“在
……
上方”的含义应当以最宽方式被解读，以使得“在
……
上”不仅表示“直接在”某物“上”而且还包括在某物“上”且其间有居间特征或层的含义，并且“在
……
之上”或“在
……
上方”不仅表示“在”某物“之上”或“上方”的含义，而且还可以包括其“在”某物“之上”或“上方”且其间没有居间特征或层的含义。
38.此外，诸如“在
…
之下”、“在
…
下方”、“下部”、“在
…
之上”、“上部”等空间相关术语在本文中为了描述方便可以用于描述一个元件或特征与另一个或多个元件或特征的关系，如在附图中示出的。空间相关术语旨在涵盖除了在附图所描绘的取向之外的在设备使用或操作中的不同取向。设备可以以另外的方式被定向，并且本文中使用的空间相关描述词可
以类似地被相应解释。
39.如图1所示，本实用新型实施例提供了一种用于尾矿库降雨失稳分析的模拟试验装置，包括：透明的模型箱11、降雨单元9和降雨参数控制单元。
40.所述模型箱11可以是由透明亚克力板围设而成，其可以包括前侧板、后侧板、左侧板、右侧板和底板等。一种实施例中，该模型箱11的内部尺寸可以是长
×
宽
×
高＝1200mm
×
600mm
×
500mm。当然可以理解的是，该模型箱11的具体尺寸不限定于此。
41.所述模型箱11的底部堆积有透水坝模型14，所述透水坝模型14可以是预先按照尾矿库安全规程的比例堆积成型，粘接于模型箱11的内侧底部，避免每次试验时需要重复堆积。
42.所述模型箱11的至少一侧壁上(如图1所示前侧壁上)设有多条坡比线15，各条所述坡比线15与第一水平方向的夹角不同，多条坡比线15用于实现不同坡比尾矿坝模型堆积，以模拟不同坡比尾矿坝。具体地，例如，图2所示，所述多条坡比线15包括第一坡比线、第二坡比线、第三坡比线、第四坡比线和第五坡比线，所述第一坡比线、所述第二坡比线、所述第三坡比线、所述第四坡比线和所述第五坡比线与水平方向之间的夹角依次为33.7
°
、26.6
°
、21.8
°
、18.4
°
、14.0
°
，所述第一坡比线、所述第二坡比线、所述第三坡比线、所述第四坡比线和所述第五坡比线分别用于通过堆积面对齐斜线，实现1：1.5、1：2、1：2.5、1：3、1：4不同坡比的尾矿坝模拟。所述模型箱11上通过预先标志的多条不同坡比线15，可更加方便尾矿坝模型的堆积成型及相似模拟试验的进行。
43.所述模型箱11可安装在模型箱固定支架16上，所述模型箱11放置于所述模型箱固定支架16上，且所述模型箱固定支架16的底部设有多个滚轮18，便于移动与固定位置。以图1所示为例，所述模型箱固定支架16底部设有4个在所述模型箱固定支架16前后侧对称分布的滚轮18，所述模型箱11可通过滚轮18移动和限位。
44.所述降雨单元9架设于所述模型箱11的顶部，且所述降雨单元9上分布有用于模拟降雨的多个喷头10。通过所述降雨单元9可向所述模型箱11内降雨。
45.所述降雨参数控制单元包括储水箱1、连通在所述储水箱1与所述多个喷头10之间的水管2、及设置于所述水管2上的水泵8。可通过所述水泵8控制所述喷头10所喷射的降雨强度及降雨时间等，实现智能化降雨。
46.上述方案中，所述用于尾矿库降雨失稳分析的模拟试验装置中包括透明的模型箱11、降雨单元9和降雨参数控制单元，其中模型箱11的底部堆积有透水坝模型14，且模型箱11的侧壁上设有多条坡比线15，可用于实现不同坡比尾矿坝模型堆积，以模拟不同坡比尾矿坝；在模型箱11的顶部设有降雨单元9，降雨单元9与降雨参数控制单元连接，可以通过降雨参数控制单元来控制降雨单元9的降雨强度、降雨时间等参数，从而该装置可实现模拟不同降雨时间和降雨强度等因素对尾矿库的影响，进而实现尾矿库降雨失稳分析。
47.以下对本实用新型实施例提供的用于尾矿库降雨失稳分析的模拟试验装置进行更为详细的说明。
48.在一些示例性的实施例中，如图1所示，所述降雨参数控制单元还包括设置于所述水管2上的流量计3。通过流量计3可观测降雨流量。示例性的，所述流量计3设置在所述储水箱1与所述水泵8之间的水管2上。
49.在一些示例性的实施例中，如图1所示，所述水泵8为能够控制水量大小的变频水
泵8。这样的设置，通过变频水泵8可以控制向所述喷头10输送的水流强度，即控制降雨强度。
50.在一些示例性的实施例中，如图1所示，所述降雨参数控制单元还包括可调节时长的定时开关5，所述水泵8上设有与电源4连接的电源线6，所述定时开关5设置于所述电源线6上。上述方案，通过定时开关5可以控制降雨时间，其中所述定时开关5可以调节时长。应当理解的是，上述实施例中是通过在水泵8的电源线6上设置定时开关5，控制水泵8的工作时长，以控制降雨时长，在实际应用中，其他实施例中，所述变频水泵8还可以是通过其他方式来控制其工作时长，例如通过控制器直接控制所述变频水泵8的工作时长。
51.示例性的，所述降雨单元9包括架设于所述模型箱11顶部的降雨板，所述降雨板划分为阵列分布的多个子区域，每一所述子区域的中心设有至少一个喷头10。这样的设置，所述降雨板的尺寸可以是与所述模型箱11的尺寸对应，例如，所述降雨板的长为1200mm，宽为600mm，且将所述降雨板划分为阵列分布的多个子区域，每个子区域中心设置喷头10，可以实现均匀降雨，此外还可针对局部区域进行定点降雨。
52.示例性的，所述多个喷头10中各喷头10的喷射角度可调。这样的设置，可以模拟更多降雨环境。例如图4所示，将降雨板划分为12个300mm
×
200mm的网格(即子区域)，每个网格中央装有喷头10，喷头10可调节角度；
53.此外，示例性的，所述多条坡比线15包括第一坡比线15、第二坡比线15、第三坡比线15、第四坡比线15和第五坡比线15，所述第一坡比线15、所述第二坡比线15、所述第三坡比线15、所述第四坡比线15和所述第五坡比线15与水平方向之间的夹角依次为33.7
°
、26.6
°
、21.8
°
、18.4
°
、14.0
°
，分别用于通过堆积面对齐斜线实现1：1.5、1：2、1：2.5、1：3、1：4不同坡比尾矿坝的模拟。
54.应当理解的是，以上仅是示例，在实际应用中，各条坡比线15与水平方向之间的夹角不限于此。
55.此外，示例性的，所述模型箱11的内腔通过竖直的挡板12分隔开为库区和筑坝区，所述筑坝区内用于堆积尾矿坝模型，在所述筑坝区内对应所述尾矿坝模型中间的位置设有浸润线测试组件，对应所述尾矿坝模型尾部的位置堆积有所述透水坝模型14，所述透水坝模型14外侧与所述库区底部均开设有泄水孔。
56.示例性的，所述浸润线测试组件包括多个透水管13和多个水位计17，多个所述透水管13间隔分布于所述模型箱11与所述第一水平方向平行的中心线上，所述水位计17放置于所述透水管13内。在上述方案中，尾矿坝中间设有透水管13，透水管13内放置有自动读数的水位计17，可随时观测水位变化；尾矿坝尾部设置有透水坝模型14，透水坝模型14外侧和库区底部均开设有泄水孔，便于排水及模型箱11清理。
57.示例性的，如图1所示，所述水泵8可设置于水泵8固定支架7上。
58.通过本实施例的用于尾矿库降雨失稳分析的模拟试验装置进行尾矿库降雨失稳分析的流程如下：
59.步骤s01、进行试验之前，需保证水管2与变频水泵8之间连接紧密不漏水，变频水泵8一端的水管2安装流量计3后放置在储水箱1中，另一端与降雨单元9的进水口相连，确保电路连接正确，检查定时开关5与变频水泵8之间连接是否正常；
60.步骤s02、将配比好的尾砂材料按照湿装法分层堆放于模型箱11中，重复按压操
作，直到坡面平行于第一坡比线15，即坡比为1:4的坡比线15。堆积的过程中可在模型箱11的后侧铺设白色垫片，实验过程中采用高速摄像机录制视频，结合数字图像相关技术分析不同降雨条件下尾矿坝变形情况；
61.步骤s03、连接电源4插头，通过定时开关5设置时间，变频水泵8开始工作，降雨单元9模拟降雨，研究不同降雨强度、降雨时间下1：4坡比尾矿坝破坏情况。
62.步骤s04、重复步骤s02和步骤s03，变换1:3，1:2.5，1:2，1:1.5的坡比进行相似模拟试验，对比在不同坡比、降雨强度、降雨时间、降雨量下尾矿坝的稳定性。
63.本实用新型的用于尾矿库降雨失稳分析的模拟试验装置通过变频水泵8和储水箱1组成供水系统，为降雨单元9提供水源模拟降雨，从而克服了传统降雨装置昂贵、占地面积大、操作繁琐的缺点；且本实用新型的用于尾矿库降雨失稳分析的模拟试验装置中模型箱11通过坡比线15模拟五种坝坡比，方便尾矿坝模型的堆积成型以及相似模拟试验的进行，可以简单高效地观察和研究不同坡比尾矿库在降雨条件下的失稳或破坏状况，从而克服了传统尾矿坝模型箱11功能单一、试验费用高等缺点；此外，本实用新型模拟简单、可操作性强，能更加简单高效地研究和观察尾矿库在降雨条件下的失稳机理，可广泛应用于尾矿库模拟试验研究，对实际工程具有指导和参考意义。
64.本实用新型涵盖任何在本实用新型的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本实用新型有彻底的了解，在以下本实用新型优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本实用新型。另外，为了避免对本实用新型的实质造成不必要的混淆，并没有详细说明众所周知的方法、过程、流程、元件和电路等。
65.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于计算机可读取存储介质中，如：rom/ram、磁碟、光盘等。
66.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。