尾矿库是通过筑坝截流谷口或围挡构成的、用于储存矿山选矿后排放出的尾矿或其他工业废渣的场地。世界上尾矿库数量众多,其中在下游1公里以内有房屋建筑物和居民的“头顶尾矿库”的数量为1400余座,具有重大的潜在威胁。“头顶尾矿库”一旦发生溃坝,将会威胁到下游居民的生命安全,并造成不可估量的财产损失和严重的生态环境破坏。因此,做好下游防护措施对保护下游居民的生命财产安全和生态环境具有重要意义。本文在江西永平燕仓尾矿库、湖北杨家湾尾矿库等一系列带有开阔下游地形的尾矿库项目中,提炼出了关于具有开阔下游的“头顶尾矿库”溃坝这一重要科学问题,采用模型试验与数值模拟两种方法,对具有开阔下游的“头顶尾矿库”溃坝砂流演进规律以及下游拦挡坝的布置方式进行研究。主要工作如下:(1)根据实验室环境,基于泥沙起动原理和泥沙推移质运动原理,建立了头顶尾矿库瞬溃模型试验平台。(2)在建立的头顶尾矿库模型试验平台上,设置不同角度的拦挡坝,对不同角度拦挡坝的下游砂浆淤积厚度和下游淹没面积进行测量,通过对比分析得到了最优拦挡坝角度。(3)在建立的头顶尾矿库模型试验平台上,设置不同角度的拦挡坝并改变砂浆浓度,对不同角度拦挡坝和砂浆浓度的下游砂浆淤积厚度和下游淹没面积进行测量,通过对比分析得到了尾砂浓度对溃坝砂流演进过程的影响。(4)在以上试验的基础上,改变拦挡坝距溃口的距离,对比分析下游砂浆淤积厚度和淹没面积,研究拦挡坝设置距离对溃坝砂流演进过程的影响。(5)基于计算水动力学建立“头顶尾矿库”溃坝数值模型,对比分析了不同工况下下游砂浆淤积厚度以及淹没面积,将模型试验测得的数据与数值模型计算结果进行对比验证,证明了模型试验与数值模拟相结合的方法在尾矿库溃坝问题研究中的可行性。