1.一种尾矿坝渗流场相似模拟试验系统,其特征在于,包括尾矿坝模型和辅助结构,尾矿坝模型包括初期坝(8)和后期坝(6),辅助结构包括试验台(12)、外边框(5)、测压管(7);尾矿坝模型设置于试验台(12)上;尾矿坝模型被外边框(5)四面围挡,被围挡的四面是底面、后期坝(6)一侧面及两个横断面,初期坝(8)一侧面及顶面不进行围挡;测压管(7)间隔垂直排布在尾矿坝模型中,且位于同一个横断面上。
2.根据权利要求1所述的尾矿坝渗流场相似模拟试验系统,其特征在于,所述尾矿坝模型由分层注水筑坝法建造而成,首先用砂石修筑初期坝(8),然后在初期坝(8)内加入尾矿砂,加至与初期坝(8)齐平,然后向尾矿砂内注水,加至水位与初期坝(8)顶部齐平,静置两小时后,用尾矿砂修筑初期坝(8)上一层的一级子坝,同样在一级子坝内加入尾矿砂至与一级子坝齐平,然后向尾矿砂内注水至与一级子坝齐平,同样静置两小时后修筑二级子坝,直到修筑至尾矿坝坝顶,修筑完成后静置几天至测压管(7)中没有水。
3.根据权利要求1或2所述的尾矿坝渗流场相似模拟试验系统,其特征在于,所述外边框(5)由透明材料制成,在外边框(5)的前横断面侧面的左边和底边粘上纸尺,建立直角坐标系,外边框(5)的最底边离地面不小于40厘米。
4.根据权利要求1或2所述的尾矿坝渗流场相似模拟试验系统,其特征在于,在外边框(5)的后期坝(6)一侧上设置供液管(2),供液管(2)的高度高于后期坝(6)高度,供液管(2)连接一水泵(1);在外边框(5)后期坝一侧的水位线(4)位置安装溢流管(11)。
5.根据权利要求1或2所述的尾矿坝渗流场相似模拟试验系统,其特征在于,在初期坝(8)一侧的试验台(12)下方安装一支漏斗(9),漏斗(9)下方放置量筒(10)。
6.根据权利要求1或2所述的尾矿坝渗流场相似模拟试验系统,其特征在于,所述测压管(7)位于与外边框(5)相接触的横断面上,且测压管(7)等距分布,测压管(7)的下端口用纱布缠住,下端口顶在外边框(5)的底面,测压管(7)的高度大于等于水位线(4)高度。
7.一种基于上述尾矿坝渗流场相似模拟试验系统的试验方法,其特征在于,以弗劳德相似准则(Fr)p=(Fr)m设计模型,包括以下步骤:(1)选取待模拟尾矿坝的垂直剖面;
(2)根据该尾矿坝的相关资料绘出该剖面的原型二维图;
(3)选择运动粘度比尺λυ=1,根据原型规模选取长度比尺λl,并根据弗劳德相似准
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则推导出渗流速度比尺λv=λl ,渗流量比尺λQ=λl ;
(4)根据所选λl绘制该剖面的模型二维图;
(5)根据模型二维图制作相似模拟试验系统;
(6)打开水泵、供液管阀门,向尾矿坝模型内均匀注水,加至与水位线齐平,齐平后开始计时,每隔一段固定时间t记录量筒读数Vn,并用相机拍摄测压管水位以记录所有测压管在同一时间的水位值hni,其中n=1,2,3……,n,代表记录的次数,i=1,2,3……,i,代表测压管的编号;
(7)模型数据计算:根据上一步记录的数据计算模型渗流量 并求取平均值根据渗流量计算模型渗流速度 并求取平均值 计算测压管高度平均值式中b是模型的厚度;
(8)原型数据处理:根据渗流量比尺求得原型渗流量 根据渗流速度
比尺求得原型渗流速度 根据长度比尺求得原型坝体内各位置水位高度
根据以上数据绘制原型浸润线位置图。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述步骤(2)中二维图中包括:初期坝几何形状、各级子坝几何形状、干滩位置、水位线位置,且尾矿坝底边的长度为坝高的4~5倍。
9.根据权利要求7或8所述的方法,其特征在于,所述步骤(3)中λl取30~100。
10.根据权利要求7或8所述的方法,其特征在于,所述步骤(6)中,时间t为5分钟,并连续记录2小时。