尾礦庫壩體的穩定性評價

范林森

（山西省煤炭地質公司，山西 太原 030045）

尾礦庫壩體的穩定性評價

范林森

（山西省煤炭地質公司，山西 太原 030045）

尾礦庫壩體是攔截采礦及冶煉過程中廢棄物料的構筑物，其壩體的穩定性直接關系到下游地區的安全， 壩體的穩定性事關重大。作者就尾礦庫壩體的穩定性評價方法做了分析，并利用此方法對某尾礦庫壩體進行了初步評價，對指導生產有著一定的實用意義。

尾礦庫壩體；穩定性；評價

尾礦是指選礦及生產過程中形成的細粒或粗粒的，采用水力輸送排放的固體物質。而尾礦庫是指筑壩攔截谷口或圍地構成的用以貯存尾礦或赤泥的場所。尾礦壩是指擋尾礦和水的尾礦庫外圍構筑物，常泛指尾礦庫初期壩和堆積壩的總體。

據統計表明，我國目前尾礦庫數量在6 000座以上，其中已形成一定規模的大、中型尾礦庫約有1 500多座，主要分布于有色、冶金、化工、核工業、黃金、建材等6大行業，其中庫容超過1億m3的有10座，尾礦庫庫容之大、數量之多是世界上少見的，發生事故的頻率之高和事故的破壞程度之大也是少見的。因此，對尾礦庫壩體穩定性的正確評價，是非常重要的。

1 尾礦庫穩定性評價方法

尾礦壩的穩定性評價主要有定性分析方法和定量分析方法，包括模糊綜合評價法、灰色綜合評價法等[3]，而定量分析方法中的極限平衡法是研究尾礦庫穩定性運用最廣泛的方法之一，其中尤以圓弧法中的瑞典圓弧法、簡化畢肖普（Bishop）法應用廣泛。

1.1 瑞典圓弧法

尾礦壩的抗滑穩定性分析方法主要是圓弧法。圓弧法是基于平面應變假定，視滑面為一個圓筒面，分析時通常將滑體分成許多豎條，以條為基礎進行力的分析，各條之間的力大小相等，其方向平行于滑面，以整個滑面的穩定力矩與滑動力矩之比作為安全系數。

1.2 簡化畢肖普（Bishop）法

畢肖普法屬于土質邊坡穩定性分析中的一種圓弧滑動條分法，也是當前工程應用中很常用的方法。

2 尾礦庫壩穩定性評價應用

2.1 某尾礦庫基本情況簡介

該壩頂寬5.0 m，上下游坡比1∶20，初期壩壩高30.0m，初期壩壩軸線長度為190.0 m。初期壩壩頂以上用尾礦筑壩加高，由于尾礦粒度較細，堆積壩采用水力旋流器筑壩，子壩高2 m壩頂寬3 m，子壩外坡比1∶4.0，內坡比1∶2.0，尾礦堆積壩的最終外坡平均邊坡比為1∶5.0，每10m高設一平臺，平臺寬4.0 m。尾礦堆積壩最終堆積標高為1739.0 m，總壩高96.0m，總庫容540.0萬m3。

2.2 尾礦庫壩工程地質情況

該尾礦庫壩下的地層主要包括正在堆積的尾礦、第四系殘坡積碎石及河谷中沖洪積碎石土，基巖為中寒武統石灰巖，按巖土分類結合地基土的力學強度分成如下：尾礦廢棄物（Q42ml）；粉土（Q4al+pl）：黃褐色，濕稍密，含砂粒及碎石，強度低，無光澤、低韌性，中等壓縮性，搖振反應中等；層卵石（Q4al+pl）：灰色～灰黃色，碎石成分以灰巖為主，其間也夾有大塊石。卵石土（Q4dl））：灰黃色，褐黃色，主要有碎石及孔隙間充填礫砂及粘性土組成，稍密，稍濕，碎石成分主要為灰巖；中寒武統（∈2Ls），由鮞狀灰巖組成，灰色，厚層狀，細晶結構。

2.3 尾礦庫區域構造

尾礦庫區內構造簡單，第四系沉積為較單一的覆蓋層，沒有新構造活動跡象。基巖基本為單斜構造。巖層走向為北北東25°～40°左右，傾向北西，傾角 16°～30°左右。

3 某尾礦庫壩體穩定性分析

3.1 分析方法

本次尾礦庫壩體穩定性分析主要采用瑞典圓弧法，確定最小安全系數及最危險滑弧的位置。將壩滑動土體分為若干寬度為b=0.1R的土條（R為滑弧半徑），按條分法進行壩坡穩定性分析。采用理正邊坡分析軟件進行計算。

3.2 計算參數

本次分析所用的參數是根據初期壩勘察資料、勘察資料及補充設計資料綜合分析后確定的。參數如表1所示。

表1 尾礦庫壩體穩定性分析參數表

3.3 剖面選擇

評價時選擇的剖面根據實際的壩體地形、壩體本身的結構及壩體的勘探資料確定了四條分析剖面，位置分別位于壩體兩側、壩體中心共三條剖面。

3.4 評價結果

3.4.1 評價標準

根據有關規范，壩體穩定性安全應滿足三等庫壩坡允許的最小安全系數,最小安全系數如表2所示。

表2 三等庫壩坡允許的最小安全系數

3.4.2 評價時荷載組合

本次評價計算工況及荷載組合采用正常運行、洪水運行（最高洪水位淹沒庫區全部干灘）及特殊運行。即：

正常運行=正常水位＋壩體自重；洪水運行＝最高洪水位＋壩體自重；特殊運行＝最高洪水位＋壩體自重＋地震烈度（7度）。

3.4.3 評價結果

現狀條件下（堆積壩標高1 700 m，高度57 m）壩坡各工況計算結果，如表3所示。

表3 壩體抗滑穩定性安全系數計算結果表

根據計算結果，各工況運行狀態，達到設計標高堆積壩體穩定性安全系數均大于表2要求，滿足規范要求，堆積壩體是穩定的。

4 結論

通過利用瑞典圓弧法，對尾礦庫壩體穩定性進行了評價，得出了該壩體的穩定性滿足規范要求，壩體是安全的。同時證明該評價方法也是有效的，只要評價參數選擇合理、正確，評價結果是可信的。

[1]門永生，柴建設.我國尾礦庫安全現狀及事故預防措施[J].中國安全生產科學技術，2009，5（1）：48-52.

[2]陳祖煜.土質邊坡穩定分析-原理、方法、程序[M].北京：中國水利水電出版社，2003.

[3]門玉明.土坡穩定性的極限分析方法[J].西安地質學院學報，1996，（2）:58-63.

Stability Evaluation of Tailing Dam

FAN Lin-sen
(Shanxi Coal Geology Co.,Taiyuan Shanxi 030045，China)

Tailing damis a waste structure in the process of interception mining and smelting.Stability of the damhas the direct bearing on the safety of downstreamareas.Theauthor studied an evaluation approach for the damstability,and made a preliminary assessment on a tailing damwith it,which is practical for the production.

tailing dam;stability;evaluation

TD824.7+1

A

1672-5050（2010）11-0030-03

編輯：徐樹文

2010-09-19

范林森（1966—），男，山西平遙人，大專，助理工程師，從事煤炭地質工作。