一种尾矿坝洪水漫顶溃坝事故的情景构建方法技术

本发明专利技术属于尾矿坝安全管理技术领域，涉及一种尾矿坝洪水漫顶溃坝事故的情景构建方法，先根据尾矿坝的实际情况预测其出现洪水漫顶事故的主要原因，再分析尾矿坝洪水漫顶溃坝事故过程机理，最后进行包括数据点采集、坝体线框图的生成、三维模型的建立和纹理映射五个过程的尾矿坝洪水漫顶溃坝事故情景构建，结合Auto CAD和3DMax对尾矿坝进行三维建模，通过充分发挥Auto CAD与3DMax的特长，将二者结合起来对尾矿坝进行快速三维建模，从数据采集、数据处理到最终的三维建模，避免复杂繁琐的操作；其方法简单易操作，效率高，精度满足要求，能得到逼真的模型，而且所建模型都具有真实的三维坐标，能满足实际建模的需要。

【技术实现步骤摘要】
一种尾矿坝洪水漫顶溃坝事故的情景构建方法
：本专利技术属于尾矿坝安全管理
，涉及一种尾矿坝洪水漫顶溃坝事故的情景构建方法。
技术介绍
：“9.11”恐怖袭击事件之后，让人们深刻认识到了应急准备的重要性，而应急准备必须具有明确目标，这些目标主要是以重大突发事件情景构建来体现。“情景”是对未来场景的一般描述，是对一个过程从开始到最后实际情况的说明或描述，情景不等同于预测，更多的强调情景本身是一系列预期可能出现的状况的集合。情景是通过一系列预测图景对突发事件整个过程的判断，情景同样也是具有很强的预见性，强调了其在整个过程中具有很强的因果关系，层层相扣，把握真实细节的未来状况，是关于未来可能实现状况的内部一致的叙述。尾矿坝是指在河道、山谷口或洼地的周围筑坝，将非金属或金属矿山进行矿石精选后的尾矿或固体废料排入其内进行沉淀和堆存的储存场所。尾矿坝是一个高势能的重大危险源，一旦溃坝，不仅使国家蒙受巨大经济损失，而且危及下游地区居民的生命财产安全，同时造成严重的环境与生态破坏。尾矿坝洪水漫顶事故是由于人为管理、自然条件、设计施工等引起库区水位超过坝顶，而引起尾矿坝溃坝的一种事故。因此，寻求一种尾矿坝发生洪水漫顶溃坝事故的情景构建方法，了解尾矿坝洪水漫顶事故情景构建的整个过程，可对应急预案的编制提供明确参考和指引，使得应急预案的编制更加有的放矢，对于改进、完善尾矿坝事故应急管理体系具有重大的实践和指导意义。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种尾矿坝发生洪水漫顶溃坝事故的情景构建方法，通过构建和了解尾矿坝洪水漫顶事故情景构建的整个过程，对应急预案的编制提供明确参考和指引，减少人身和财产损失。为了实现上述目的，本专利技术的具体构建过程为：一、引起尾矿坝洪水漫顶溃坝事故原因分析：根据尾矿坝的实际情况预测其出现洪水漫顶事故的主要原因，具体包括以下几点：(1)库区遭遇超标准洪水，排洪设施全负荷工作仍不能有效排除库内洪水，导致安全超高不足，进行应急处置，处置无效，逐渐形成子坝挡水，洪水漫过坝顶；(2)排水井、排水斜槽或排水管、隧洞坊塌、堵塞，降低泄水能力，进行应急处置，处置无效，库水位上涨，逐渐形成子坝挡水，洪水漫过坝顶；(3)排水井等排洪设施设计断面过小，不能有效排出防洪标准对应的洪水总量，进行应急处置，处置无效，库水位上涨，逐渐形成子坝挡水，洪水漫过子坝；(4)汛期前管理不当，未留设足够的调洪库容，安全超高、干滩长度接近临界值，降雨来临后，库水位不断上涨，进行应急处置，处置无效，库水位上涨，逐渐形成子坝挡水，洪水漫过坝顶；二、分析尾矿坝洪水漫顶溃坝事故过程机理：洪水漫顶事故引起尾矿坝破坏的机理是：库内水位逐渐升高，当水位增加到比坝顶高时，坝顶出现溃口，库中的水从溃口不断流出，水流不断冲刷，导致溃口周边的土不断坍塌，进而溃口逐渐扩大，由于溃口在横向、垂向都会扩展，随着时间的推移，坝坡会逐渐失去稳定性，最终导致溃坝；三、尾矿坝洪水漫顶溃坝事故情景构建：包括数据点采集、坝体线框图的生成、三维模型的建立和纹理映射五个过程，具体为：(1)数据点采集：利用全站仪采集尾矿坝坝体的特征点实现对坝体的基础三维建模，所测点的坐标为坝体的真实坐标，建立的模型为真三维模型，全站仪数据的采集包括场地勘查、控制点布设、控制测量和建筑物特征点测量，其中场地勘察是要了解坝体周边环境、坝体位置、走向和总体结构等，控制点布设要保证每一控制点和至少两个其他控制点通视，对于尾矿坝，在坝体四周和坝顶布点，要保证能和两边控制点通视；控制测量分为平面控制测量和高程控制测量，对其分别进行测量与平差计算，得到各控制点坐标；坝体特征点测量时，采用免棱镜的电子全站仪进行三维数据采集；全站仪测量时，需要测出面与面之间棱线上的特征点，并赋予特征点相应的特征编码，以便在AutoCAD中对其自动连线；(2)坝体线框图的生成：将全站仪所测的数据导入到AutoCAD中，在AutoCAD中加载用AutoLisp语言编写的程序“Archline.Lsp”，对所测的特征点进行自动展点和初步连线，形成坝体的整体线框图；(3)三维模型的建立：先对3DMax进行单位设置，使其系统单位比例与显示单位比例一致，均设为毫米，再将将在AutoCAD中形成坝体的整体线框图输出为.DWG文件并导入到3DMax里，导入时导入文件选择原有的AutoCAD文件，在“层”选项中选中需要导入到3DMax中的层级，将不需要的图层过滤掉；导入3DMax后，先需要重组所有图形并旋转至与视图平行的位置，以便在任意三个视图都能对线框图进行编辑和建模，然后运用画样条线和矩形等一系列操作，采用挤出功能拉伸出长度，建立尾矿坝三维模型；(4)纹理映射：纹理贴图是一个用图像、函数或者其他数据源来改变表面在每一处外观的过程，对尾矿坝溃坝漫顶事故整个过程通过纹理映射去实现，先将尾矿坝的初期坝、堆积坝、水进行表面贴图，保证尾矿坝表面效果图与实际情况相符，再将尾矿坝洪水漫顶溃坝事故的整个过程连接起来，并将贴图赋予相应的函数(具体见洪水漫顶整个过程)以此实现漫顶事故的动态过程，反复调试并经过渲染后得到漫顶事故过程，将经纹理映射后的三维模型输出，实现对尾矿坝发生洪水漫顶溃坝事故的情景构建。本专利技术是尾矿坝洪水漫顶溃坝事故的整个过程包括六个过程：(1)坝体表面出现溢流：当各种因素(即导致尾矿坝洪水漫顶的四个主要原因)导致入库流量大于泄库流量，此时库水位Zw与浸润线高度持续上升，坝体表面出现溢流现象，同时坝体表面出现小纹沟；(2)坝体表面形成切沟：当库内水位进一步升高，当库水位Zw高于坝顶高程Zb后，水流开始漫顶事故，并在坝顶中部位置产生溃口，由于溃口中部侵蚀较为严重，此时溃口呈倒梯形，水流从溃口处流出，随着水流不断流出，坝体下游坡面上产生细冲沟似的冲刷，细沟合并分叉以及沟底下切侵蚀使边坡上部汇聚了大量侵蚀能力很强的水流，对坡面土体进行强烈下切并不断掏蚀切沟底部土体，形成贯通的切沟；(3)多阶梯状小陡坎的沟壑形成：在不同的地点侵蚀机理也是不同的，在坝顶的溃口附近是水流侵蚀作用，再往下游至坝体坡面中部的区间为推移质集合流动所产生的侵蚀，坡面下部为尾矿砂流动的侵蚀。由于坡面下部的侵蚀速度大于坡面上部的侵蚀速度，微小的陡坎在坝趾处出现，随着侵蚀的不断变强，最终形成一个小陡坎的沟壑；(4)大陡坎形成及溃口的扩宽：在水流作用下，小陡坎逐渐向上发展，同时不断扩宽，一直延伸到坝顶上游边缘处，此后一旦陡坎继续向坝顶发展，坝顶高度会进一步降低，继而出现大陡坎冲刷，形成“瀑布”一样的冲刷效果，此时沟壑发展成为一个大的陡坎，根据Smart改进后的泥沙输移公式计算冲刷过程中的尾矿砂流单宽流量qb，即式中D为溃口内水深，单位m；S为下游坡度的倒数；PI为塑性指数；P为湿周，单位m；n为曼宁系数；D30，D90分别为含量30％、90％的颗粒粒径，单位mm；b为冲蚀系数；在单位时间Δt内的冲刷深度为：式中：L为溃口渠道冲刷长度，单位m；n0为坝体材料孔隙比；qb为冲刷过程中尾矿砂流单宽流量，m2/s；(5)溃口迅速扩展：随着时间的推移，坝体内浸润线不断升高和表面溢出水流向坝体内的渗透作用，使漫顶事故处的坝体处于完全饱和状态，此时水流的侵蚀速度增本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种尾矿坝洪水漫顶溃坝事故的情景构建方法，其特征在于具体构建过程为：一、引起尾矿坝洪水漫顶溃坝事故原因分析：根据尾矿坝的实际情况预测其出现洪水漫顶事故的主要原因，具体包括以下四点：(1)库区遭遇超标准洪水，排洪设施全负荷工作仍不能有效排除库内洪水，导致安全超高不足，进行应急处置，处置无效，逐渐形成子坝挡水，洪水漫过坝顶；(2)排水井、排水斜槽或排水管、隧洞坊塌、堵塞，降低泄水能力，进行应急处置，处置无效，库水位上涨，逐渐形成子坝挡水，洪水漫过坝顶；(3)排水井等排洪设施设计断面过小，不能有效排出防洪标准对应的洪水总量，进行应急处置，处置无效，库水位上涨，逐渐形成子坝挡水，洪水漫过子坝；(4)汛期前管理不当，未留设足够的调洪库容，安全超高、干滩长度接近临界值，降雨来临后，库水位不断上涨，进行应急处置，处置无效，库水位上涨，逐渐形成子坝挡水，洪水漫过坝顶；二、分析尾矿坝洪水漫顶溃坝事故过程机理：洪水漫顶事故引起尾矿坝破坏的机理是：库内水位逐渐升高，当水位增加到比坝顶高时，坝顶出现溃口，库中的水从溃口不断流出，水流不断冲刷，导致溃口周边的土不断坍塌，进而溃口逐渐扩大，由于溃口在横向、垂向都会扩展，随着时间的推移，坝坡会逐渐失去稳定性，最终导致溃坝；三、尾矿坝洪水漫顶溃坝事故情景构建：包括数据点采集、坝体线框图的生成、三维模型的建立和纹理映射五个过程，具体为：(1)数据点采集：利用全站仪采集尾矿坝坝体的特征点实现对坝体的基础三维建模，所测点的坐标为坝体的真实坐标，建立的模型为真三维模型，全站仪数据的采集包括场地勘查、控制点布设、控制测量和建筑物特征点测量，其中场地勘察是要了解坝体周边环境、坝体位置、走向和总体结构，控制点布设要保证每一控制点和至少两个其他控制点通视，对于尾矿坝，在坝体四周和坝顶布点，要保证能和两边控制点通视；控制测量分为平面控制测量和高程控制测量，对其分别进行测量与平差计算，得到各控制点坐标；坝体特征点测量时，采用免棱镜的电子全站仪进行三维数据采集；全站仪测量时，需要测出面与面之间棱线上的特征点，并赋予特征点相应的特征编码，以便在Auto CAD中对其自动连线；(2)坝体线框图的生成：将全站仪所测的数据导入到Auto CAD中，在Auto CAD中加载用Auto Lisp语言编写的程序“Archline.Lsp”，对所测的特征点进行自动展点和初步连线，形成坝体的整体线框图；(3)三维模型的建立：先对3DMax进行单位设置，使其系统单位比例与显示单位比例一致，均设为毫米，再将将在Auto CAD中形成坝体的整体线框图输出为.DWG文件并导入到3DMax里，导入时导入文件选择原有的Auto CAD文件，在“层”选项中选中需要导入到3DMax中的层级，将不需要的图层过滤掉；导入3DMax后，先需要重组所有图形并旋转至与视图平行的位置，以便在任意三个视图都能对线框图进行编辑和建模，然后运用画样条线和矩形等一系列操作，采用挤出功能拉伸出长度，建立尾矿坝三维模型；(4)纹理映射：纹理贴图是一个用图像、函数或者其他数据源来改变表面在每一处外观的过程，对尾矿坝溃坝漫顶事故整个过程通过纹理映射去实现，先将尾矿坝的初期坝、堆积坝、水进行表面贴图，保证尾矿坝表面效果图与实际情况相符，再将尾矿坝洪水漫顶溃坝事故的整个过程连接起来，并将贴图赋予相应的函数(具体见洪水漫顶整个过程)以此实现漫顶事故的动态过程，反复调试并经过渲染后得到漫顶事故过程，将经纹理映射后的三维模型输出，实现对尾矿坝发生洪水漫顶溃坝事故的情景构建。...

【技术特征摘要】
1.一种尾矿坝洪水漫顶溃坝事故的情景构建方法，其特征在于具体构建过程为：一、引起尾矿坝洪水漫顶溃坝事故原因分析：根据尾矿坝的实际情况预测其出现洪水漫顶事故的主要原因，具体包括以下四点：(1)库区遭遇超标准洪水，排洪设施全负荷工作仍不能有效排除库内洪水，导致安全超高不足，进行应急处置，处置无效，逐渐形成子坝挡水，洪水漫过坝顶；(2)排水井、排水斜槽或排水管、隧洞坊塌、堵塞，降低泄水能力，进行应急处置，处置无效，库水位上涨，逐渐形成子坝挡水，洪水漫过坝顶；(3)排水井等排洪设施设计断面过小，不能有效排出防洪标准对应的洪水总量，进行应急处置，处置无效，库水位上涨，逐渐形成子坝挡水，洪水漫过子坝；(4)汛期前管理不当，未留设足够的调洪库容，安全超高、干滩长度接近临界值，降雨来临后，库水位不断上涨，进行应急处置，处置无效，库水位上涨，逐渐形成子坝挡水，洪水漫过坝顶；二、分析尾矿坝洪水漫顶溃坝事故过程机理：洪水漫顶事故引起尾矿坝破坏的机理是：库内水位逐渐升高，当水位增加到比坝顶高时，坝顶出现溃口，库中的水从溃口不断流出，水流不断冲刷，导致溃口周边的土不断坍塌，进而溃口逐渐扩大，由于溃口在横向、垂向都会扩展，随着时间的推移，坝坡会逐渐失去稳定性，最终导致溃坝；三、尾矿坝洪水漫顶溃坝事故情景构建：包括数据点采集、坝体线框图的生成、三维模型的建立和纹理映射五个过程，具体为：(1)数据点采集：利用全站仪采集尾矿坝坝体的特征点实现对坝体的基础三维建模，所测点的坐标为坝体的真实坐标，建立的模型为真三维模型，全站仪数据的采集包括场地勘查、控制点布设、控制测量和建筑物特征点测量，其中场地勘察是要了解坝体周边环境、坝体位置、走向和总体结构，控制点布设要保证每一控制点和至少两个其他控制点通视，对于尾矿坝，在坝体四周和坝顶布点，要保证能和两边控制点通视；控制测量分为平面控制测量和高程控制测量，对其分别进行测量与平差计算，得到各控制点坐标；坝体特征点测量时，采用免棱镜的电子全站仪进行三维数据采集；全站仪测量时，需要测出面与面之间棱线上的特征点，并赋予特征点相应的特征编码，以便在AutoCAD中对其自动连线；(2)坝体线框图的生成：将全站仪所测的数据导入到AutoCAD中，在AutoCAD中加载用AutoLisp语言编写的程序“Archline.Lsp”，对所测的特征点进行自动展点和初步连线，形成坝体的整体线框图；(3)三维模型的建立：先对3DMax进行单位设置，使其系统单位比例与显示单位比例一致，均设为毫米，再将将在AutoCAD中形成坝体的整体线框图输出为.DWG文件并导入到3DMax里，导入时导入文件选择原有的AutoCAD文件，在“层”选项中选中需要导入到3DMax中的层级，将不需要的图层过滤掉；导入3DMax后，先需要重组所有图形并旋转至与视图平行的位置，以便在任意三个视图都能对线框图进行编辑和建模，然后运用画样条线和矩形等一系列操作，采用挤出功能拉伸出长度，建立尾矿坝三维模型；(4)纹理映射：纹理贴图是一个用图像、函数或者其他数据源来改变表面在每一处外观的过程，对尾矿坝溃坝漫顶事故整个过程通过纹理映射去实现，先将尾矿坝的初期坝、堆积坝、水进行表面贴图，保证尾矿坝表面效果图与实际情况相符，再将尾矿坝洪水漫顶溃坝事故的整个过程连接起来，并将贴图赋予相应的函数(具体见洪水漫顶整个过程)以此实现漫顶事故的动态过程，反...

【专利技术属性】
技术研发人员：于广明，袁长丰，王大宁，高飞达，周福强，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37