一种尾矿坝管涌破坏情景构建系统及其方法技术方案

本发明专利技术提出的尾矿坝管涌破坏的情景构建系统及其方法，所述系统包括实时基础系统、可视化系统以及专家信息库；在数据提取、处理、建模到动画制作整个过程中，系统中的各个模块协调作用，处理效率极高；采用可视化技术，使灾害后果的呈现形象直观，即便是非本专业的人员也能对尾矿坝管涌破坏的过程进行细致详细的了解；在系统研究尾矿坝管涌破坏的原因、机理和过程的基础上，基于尾矿坝溃坝事故频繁发生这一现实背景，借助在线监测模块，构建尾矿坝管涌破坏的动画情景，准确模拟尾矿坝管涌破坏的全过程并采集破坏数据，对数据结果进行处理从而反向逆推出尾矿坝的实际工作参数，以便对尾矿坝管理部门提出针对性意见，有效解决突发的重特大安全事故。

【技术实现步骤摘要】
一种尾矿坝管涌破坏情景构建系统及其方法
本专利技术属于尾矿坝溃坝的应急管理领域，基于预期战略风险的实例化研究，从而实现对风险进行深入剖析的应急准备方案，提出一种尾矿坝管涌破坏情景构建系统及其方法。
技术介绍
我国是矿业大国，矿业经济在国民经济中占有相当重要的比例，随之而来的是尾矿坝数量不断增加。由于尾矿料复杂的工程力学特性及特殊的构筑和运行方式，尾矿坝具有比水库大坝更高的溃坝风险。而且尾矿坝一旦溃决，其造成的危害是空前的，管涌是尾矿坝溃决的一种主要渗透破坏形式，由于管涌而造成的尾矿坝溃坝事故占总事故相当大的比例。传统“预测－应对”的方式在尾矿坝溃决事故应对中显得能力不足，它是在非常规突发事件发生前，就对其发生及发展进行预警预测，但由于很难对这一预警预测的准确性、及时性进行保证，暴露出我国安全生产领域的风险管控能力仍然处于较低水平，同时也暴露出我国应对特别重大生产安全事故的应急准备能力欠缺。合理的开展情景构建有利于加强应急管理，有效应对重大突发事件。针对由于管涌引起的尾矿坝溃坝这一重大突发事件，预先开展情景构建，为尾矿坝管涌做出及时应急措施具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对传统的“预测－应对”方式在尾矿坝事故应对中预警预测的准确性、及时性难以保证等缺陷，提出一种尾矿坝管涌破坏情景构建系统及其方法，在管涌导致的尾矿坝溃坝事故发生前对事故进行情景构建，将定量与定性分析法相结合以解决突发的重特大安全事故。本专利技术是采用以下的技术方案实现的：一种尾矿坝管涌破坏情景构建系统，包括用以获取尾矿坝渗流稳定性信息的实时基础系统、对尾矿坝管涌过程进行可视化处理的可视化系统以及专家信息库；所述实时基础系统包括在线监测模块、浸润线求算模块、勘查信息输入模块、尾矿坝稳定性分析模块以及稳定性评价模块；所述在线监测模块用于获得实时监测数据，所述监测数据包括坝体水平位移及竖向位移、库水位、干滩长度、安全超高、降雨量、库区影像；浸润线求算模块用以计算尾矿坝的浸润线埋深，浸润线求算模块和勘查信息输入模块将获得的数据传输到尾矿坝稳定性分析模块，勘查信息输入模块获得的勘查信息包括尾矿坝的坝型、尾矿坝的坡度、干滩长度、坝高、坝宽、泊松比、密度、内摩擦角、粘聚力、弹性模量，以获取尾矿坝渗流稳定性分析模型，在该模型的基础上通过稳定性评价模块，结合专家信息库，综合评价尾矿坝渗流稳定性，获取渗流稳定性信息；所述可视化系统包括管涌破坏机理模块、管涌判定模块、管涌过程分析模块以及动画制作模块，所述管涌破坏机理模块用以分析尾矿坝破坏原因和机理信息，与渗流稳定性信息传输至管涌判定模块，结合专家信息库判断管涌发生与否，管涌过程分析模块用以分析尾矿坝管涌破坏过程，动画制作模块将尾矿坝溃坝过程进行可视化处理，然后以动画形式展示出来。进一步的，所述尾矿坝稳定性分析模块基于瑞典条分法分析尾矿坝渗流稳定性，计算得出尾矿坝的稳定安全系数。进一步的，所述管涌判定模块根据砂的不均匀系数Cu和级配来判定尾矿砂的抗管涌安全性，判断条件为：当d85/d15≤5,不会发生管涌，反之发生管涌；其中，d15与d85分别表示小于某粒径的土粒重量累计百分数为15％和85％时相应的粒径。进一步的，所述管涌判定模块根据康特拉契夫公式判定尾矿砂的抗管涌安全性，判断条件为：当i<icr时，尾矿坝不会发生管涌破坏，反之发生管涌；其中，i为尾矿坝溢水处水力坡降，icr为管涌破坏的临界水力坡降。本专利技术另外还提出一种尾矿坝管涌破坏情景构建方法，包括以下步骤：步骤S1、数据采集和筛选：通过在线监测模块和勘查信息输入模块实现，并将影响尾矿坝管涌破坏的因素进行划分，剔除明显错误的数据；步骤S2、输入、检查数据：将筛选后的数据进行检查，与正常运营数据进行对比，将波动幅度在±5％之内的数据视为正常数据，否则视为异常数据；步骤S3、分析处理数据：由于并不是所有的异常数据都是尾矿坝管涌破坏的诱因，基于尾矿坝管涌破坏的研究分析，将与管涌破坏过程无关的异常数据剔除，得到一系列影响尾矿坝管涌破坏的数据单元；步骤S4、计算浸润线方程：根据浸润线求算模块，根据输入的尾矿坝监测信息与影响管涌破坏的异常数据，利用水力学法计算此时的尾矿坝浸润线高度；根据筛选、检查后的数据进行浸润线高度求算，避免了繁杂无用的计算过程，减小了计算量，提高了计算速度；步骤S5、尾矿坝稳定性计算：基于尾矿坝稳定性分析模块，利用瑞典条分法分析其稳定性，并借助专家信息库，综合评价尾矿坝的稳定状况；若尾矿坝稳定，则直接输出尾矿坝稳定的结果，若不稳定，则执行步骤S6，对管涌判定；步骤S6、管涌判定：根据管涌发生的条件及特点、借助专家信息库判断管涌是否发生，若管涌没有发生，则直接输出尾矿坝渗透破坏但未发生管涌的结果，若管涌发生，则执行步骤S7；步骤S7、情景构建、动画制作：若管涌发生，则结合尾矿坝阶段分析，对尾矿坝进行建模并利用虚拟现实技术模拟尾矿坝管涌破坏的过程，获取并利用破坏数据进行情景构建动画制作，输出动画结果。进一步的，所述步骤S7中，动画制作步骤具体如下：步骤S71、构建尾矿坝管涌破坏基本模型；步骤S72、动画场景制作；步骤S73、施加影响因素；步骤S74、尾矿坝管涌过程取图；步骤S75、尾矿坝管涌破坏过程制作。进一步的，所述步骤S71中，尾矿坝建模过程如下：(1)模型框架的构建：根据输入的尾矿坝尺寸数据，建立尾矿坝基本框架，所述尺寸数据包括坝高、坝坡、坝宽及库水位高度；(2)模型材质的填充：基于输入的尾矿砂的物理力学参数，将尾矿砂这一材质填充到尾矿坝模型框架中，根据尾矿砂的粒径范围分层填充到模型中，使尾矿砂在尾矿坝中呈现从上到下由粗变细的分布；尾矿坝包括初期坝和堆积坝，初期坝与堆积坝中尾矿砂的物理力学参数有所不同，则分别填充；根据计算得到的浸润线高度，在尾矿坝模型框架中添加浸润线的高度信息；(3)裂缝单元的输入：添加尾矿坝裂缝单元，将随机分布的裂纹图像的坐标应用于尾矿坝，与尾矿坝平面进行匹配，依次模拟尾矿坝内部天然存在的空隙、孔隙和裂隙。进一步的，所述步骤S72中，基于3Dmax进行动画场景制作，具体过程如下：(1)布置摄影机：在命令面板中单击目标摄影机面板,从而在顶视图中建立目标摄影机,调节目标摄影机使其成透视角度察看，从透视图中视图菜单选择目标摄影机视图,适当调整目标摄影机,使其摄影机镜头为35mm,以确定视图角度；(2)设置灯光：在命令面板中选择灯光面板,在顶视图中尾矿坝的正前方建立一个泛光灯,在前视图中抬高泛光灯,使光线由前上方照下,再进入修改命令面板,调节光线的颜色为纯白色，选择摄影机视图,进行渲染观看光强弱,并反复调节泛光灯的强度,直到满意为止，之后,在顶视图中尾矿坝的后方再建立一个泛光灯,调弱泛光灯的强度,把尾矿坝阴暗面照亮；(3)选择背景：在渲染下拉菜单中选择环境选项,在弹出的颜色控制面板中选择浅灰色为动画背景。进一步的，所述步骤S7中，尾矿坝阶段分析包括渗流稳定阶段、尾矿坝局部破坏阶段和堆积坝表面渗透破坏直至坝体整体失稳阶段。进一步的，所述步骤S74中，尾矿坝管涌过程取图包括以下步骤：(1)在渗流稳定阶段：对建立的模型施加应力场和渗流场，荷载和渗透力取尾矿坝正常工作承载力，以保证尾矿坝处于渗流稳定状态，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种尾矿坝管涌破坏情景构建系统，其特征在于，包括用以获取尾矿坝渗流稳定性信息的实时基础系统、对尾矿坝管涌过程进行可视化处理的可视化系统以及专家信息库；所述实时基础系统包括在线监测模块、浸润线求算模块、勘查信息输入模块、尾矿坝稳定性分析模块以及稳定性评价模块；所述在线监测模块用于获得实时监测数据，所述监测数据包括坝体水平位移及竖向位移、库水位、干滩长度、安全超高、降雨量、库区影像；浸润线求算模块用以计算尾矿坝的浸润线埋深，浸润线求算模块和勘查信息输入模块将获得的数据传输到尾矿坝稳定性分析模块，勘查信息输入模块获得的勘查信息包括尾矿坝的坝型、尾矿坝的坡度、干滩长度、坝高、坝宽、泊松比、密度、内摩擦角、粘聚力、弹性模量，以获取尾矿坝渗流稳定性分析模型，在该模型的基础上通过稳定性评价模块，结合专家信息库，综合评价尾矿坝渗流稳定性，获取渗流稳定性信息；所述可视化系统包括管涌破坏机理模块、管涌判定模块、管涌过程分析模块以及动画制作模块，所述管涌破坏机理模块用以分析尾矿坝破坏原因和机理信息，与渗流稳定性信息传输至管涌判定模块，结合专家信息库判断管涌发生与否，管涌过程分析模块用以分析尾矿坝管涌破坏过程，动画制作模块将尾矿坝溃坝过程进行可视化处理，然后以动画形式展示出来。...

【技术特征摘要】
1.一种尾矿坝管涌破坏情景构建系统，其特征在于，包括用以获取尾矿坝渗流稳定性信息的实时基础系统、对尾矿坝管涌过程进行可视化处理的可视化系统以及专家信息库；所述实时基础系统包括在线监测模块、浸润线求算模块、勘查信息输入模块、尾矿坝稳定性分析模块以及稳定性评价模块；所述在线监测模块用于获得实时监测数据，所述监测数据包括坝体水平位移及竖向位移、库水位、干滩长度、安全超高、降雨量、库区影像；浸润线求算模块用以计算尾矿坝的浸润线埋深，浸润线求算模块和勘查信息输入模块将获得的数据传输到尾矿坝稳定性分析模块，勘查信息输入模块获得的勘查信息包括尾矿坝的坝型、尾矿坝的坡度、干滩长度、坝高、坝宽、泊松比、密度、内摩擦角、粘聚力、弹性模量，以获取尾矿坝渗流稳定性分析模型，在该模型的基础上通过稳定性评价模块，结合专家信息库，综合评价尾矿坝渗流稳定性，获取渗流稳定性信息；所述可视化系统包括管涌破坏机理模块、管涌判定模块、管涌过程分析模块以及动画制作模块，所述管涌破坏机理模块用以分析尾矿坝破坏原因和机理信息，与渗流稳定性信息传输至管涌判定模块，结合专家信息库判断管涌发生与否，管涌过程分析模块用以分析尾矿坝管涌破坏过程，动画制作模块将尾矿坝溃坝过程进行可视化处理，然后以动画形式展示出来。2.一种尾矿坝管涌破坏情景构建方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、数据采集和筛选：通过在线监测模块和勘查信息输入模块实现，并将影响尾矿坝管涌破坏的因素进行划分，剔除明显错误的数据；步骤S2、输入、检查数据：将筛选后的数据进行检查，与正常运营数据进行对比，将波动幅度在±5％之内的数据视为正常数据，否则视为异常数据；步骤S3、分析处理数据：基于尾矿坝管涌破坏的研究分析，将与管涌破坏过程无关的异常数据剔除，得到一系列影响尾矿坝管涌破坏的数据单元；步骤S4、计算浸润线方程：根据浸润线求算模块、输入的尾矿坝监测信息与影响管涌破坏的异常数据，并计算此时的尾矿坝浸润线高度；根据筛选、检查后的数据进行浸润线高度求算；步骤S5、尾矿坝稳定性计算：基于尾矿坝稳定性分析模块，利用瑞典条分法分析其稳定性，并借助专家信息库，综合评价尾矿坝的稳定状况；若尾矿坝稳定，则直接输出尾矿坝稳定的结果，若不稳定，则执行步骤S6，对管涌判定；步骤S6、管涌判定：根据管涌发生的条件及...

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