尾礦庫(kù)壩體的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

范林森

（山西省煤炭地質(zhì)公司，山西 太原 030045）

尾礦庫(kù)壩體的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

范林森

（山西省煤炭地質(zhì)公司，山西 太原 030045）

尾礦庫(kù)壩體是攔截采礦及冶煉過(guò)程中廢棄物料的構(gòu)筑物，其壩體的穩(wěn)定性直接關(guān)系到下游地區(qū)的安全， 壩體的穩(wěn)定性事關(guān)重大。作者就尾礦庫(kù)壩體的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法做了分析，并利用此方法對(duì)某尾礦庫(kù)壩體進(jìn)行了初步評(píng)價(jià)，對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)有著一定的實(shí)用意義。

尾礦庫(kù)壩體；穩(wěn)定性；評(píng)價(jià)

尾礦是指選礦及生產(chǎn)過(guò)程中形成的細(xì)粒或粗粒的，采用水力輸送排放的固體物質(zhì)。而尾礦庫(kù)是指筑壩攔截谷口或圍地構(gòu)成的用以貯存尾礦或赤泥的場(chǎng)所。尾礦壩是指擋尾礦和水的尾礦庫(kù)外圍構(gòu)筑物，常泛指尾礦庫(kù)初期壩和堆積壩的總體。

據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，我國(guó)目前尾礦庫(kù)數(shù)量在6 000座以上，其中已形成一定規(guī)模的大、中型尾礦庫(kù)約有1 500多座，主要分布于有色、冶金、化工、核工業(yè)、黃金、建材等6大行業(yè)，其中庫(kù)容超過(guò)1億m3的有10座，尾礦庫(kù)庫(kù)容之大、數(shù)量之多是世界上少見(jiàn)的，發(fā)生事故的頻率之高和事故的破壞程度之大也是少見(jiàn)的。因此，對(duì)尾礦庫(kù)壩體穩(wěn)定性的正確評(píng)價(jià)，是非常重要的。

1 尾礦庫(kù)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法

尾礦壩的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)主要有定性分析方法和定量分析方法，包括模糊綜合評(píng)價(jià)法、灰色綜合評(píng)價(jià)法等[3]，而定量分析方法中的極限平衡法是研究尾礦庫(kù)穩(wěn)定性運(yùn)用最廣泛的方法之一，其中尤以圓弧法中的瑞典圓弧法、簡(jiǎn)化畢肖普（Bishop）法應(yīng)用廣泛。

1.1 瑞典圓弧法

尾礦壩的抗滑穩(wěn)定性分析方法主要是圓弧法。圓弧法是基于平面應(yīng)變假定，視滑面為一個(gè)圓筒面，分析時(shí)通常將滑體分成許多豎條，以條為基礎(chǔ)進(jìn)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(gè)滑面的穩(wěn)定力矩與滑動(dòng)力矩之比作為安全系數(shù)。

1.2 簡(jiǎn)化畢肖普（Bishop）法

畢肖普法屬于土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析中的一種圓弧滑動(dòng)條分法，也是當(dāng)前工程應(yīng)用中很常用的方法。

2 尾礦庫(kù)壩穩(wěn)定性評(píng)價(jià)應(yīng)用

2.1 某尾礦庫(kù)基本情況簡(jiǎn)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(zhǎng)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(xì)，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(nèi)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(shè)一平臺(tái)，平臺(tái)寬4.0 m。尾礦堆積壩最終堆積標(biāo)高為1739.0 m，總壩高96.0m，總庫(kù)容540.0萬(wàn)m3。

2.2 尾礦庫(kù)壩工程地質(zhì)情況

該尾礦庫(kù)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(tǒng)石灰?guī)r，按巖土分類(lèi)結(jié)合地基土的力學(xué)強(qiáng)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(qiáng)度低，無(wú)光澤、低韌性，中等壓縮性，搖振反應(yīng)中等；層卵石（Q4al+pl）：灰色～灰黃色，碎石成分以灰?guī)r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?guī)r；中寒武統(tǒng)（∈2Ls），由鮞狀灰?guī)r組成，灰色，厚層狀，細(xì)晶結(jié)構(gòu)。

2.3 尾礦庫(kù)區(qū)域構(gòu)造

尾礦庫(kù)區(qū)內(nèi)構(gòu)造簡(jiǎn)單，第四系沉積為較單一的覆蓋層，沒(méi)有新構(gòu)造活動(dòng)跡象。基巖基本為單斜構(gòu)造。巖層走向?yàn)楸北睎|25°～40°左右，傾向北西，傾角 16°～30°左右。

3 某尾礦庫(kù)壩體穩(wěn)定性分析

3.1 分析方法

本次尾礦庫(kù)壩體穩(wěn)定性分析主要采用瑞典圓弧法，確定最小安全系數(shù)及最危險(xiǎn)滑弧的位置。將壩滑動(dòng)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(jìn)行壩坡穩(wěn)定性分析。采用理正邊坡分析軟件進(jìn)行計(jì)算。

3.2 計(jì)算參數(shù)

本次分析所用的參數(shù)是根據(jù)初期壩勘察資料、勘察資料及補(bǔ)充設(shè)計(jì)資料綜合分析后確定的。參數(shù)如表1所示。

表1 尾礦庫(kù)壩體穩(wěn)定性分析參數(shù)表

3.3 剖面選擇

評(píng)價(jià)時(shí)選擇的剖面根據(jù)實(shí)際的壩體地形、壩體本身的結(jié)構(gòu)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(cè)、壩體中心共三條剖面。

3.4 評(píng)價(jià)結(jié)果

3.4.1 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)有關(guān)規(guī)范，壩體穩(wěn)定性安全應(yīng)滿(mǎn)足三等庫(kù)壩坡允許的最小安全系數(shù),最小安全系數(shù)如表2所示。

表2 三等庫(kù)壩坡允許的最小安全系數(shù)

3.4.2 評(píng)價(jià)時(shí)荷載組合

本次評(píng)價(jià)計(jì)算工況及荷載組合采用正常運(yùn)行、洪水運(yùn)行（最高洪水位淹沒(méi)庫(kù)區(qū)全部干灘）及特殊運(yùn)行。即：

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

3.4.3 評(píng)價(jià)結(jié)果

現(xiàn)狀條件下（堆積壩標(biāo)高1 700 m，高度57 m）壩坡各工況計(jì)算結(jié)果，如表3所示。

表3 壩體抗滑穩(wěn)定性安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果表

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，各工況運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高堆積壩體穩(wěn)定性安全系數(shù)均大于表2要求，滿(mǎn)足規(guī)范要求，堆積壩體是穩(wěn)定的。

4 結(jié)論

通過(guò)利用瑞典圓弧法，對(duì)尾礦庫(kù)壩體穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，得出了該壩體的穩(wěn)定性滿(mǎn)足規(guī)范要求，壩體是安全的。同時(shí)證明該評(píng)價(jià)方法也是有效的，只要評(píng)價(jià)參數(shù)選擇合理、正確，評(píng)價(jià)結(jié)果是可信的。

[1]門(mén)永生，柴建設(shè).我國(guó)尾礦庫(kù)安全現(xiàn)狀及事故預(yù)防措施[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2009，5（1）：48-52.

[2]陳祖煜.土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析-原理、方法、程序[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2003.

[3]門(mén)玉明.土坡穩(wěn)定性的極限分析方法[J].西安地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào)，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(shù)文

2010-09-19

范林森（1966—），男，山西平遙人，大專(zhuān)，助理工程師，從事煤炭地質(zhì)工作。