某尾礦壩抗滑穩(wěn)定性分析及評價(jià)

李秀博 袁志明 陳 磊

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心遼寧總隊(duì)，遼寧沈陽 110004)

1 工程概況

該尾礦庫位于選廠西北方向的后溝內(nèi)，偏南北狹長，溝內(nèi)樹木稀疏，植被一般。尾礦庫建在山谷谷口處，兩側(cè)山體坡度大約在20°～30°，屬于山谷形尾礦庫。根據(jù)設(shè)計(jì)文件尾礦庫標(biāo)高在305.0 m ～250.0 m 之間，庫容為63.0 萬m3，為四等庫。初期壩標(biāo)高250.0 m ～270.0 m，壩高20.0 m，壩頂寬 10 m，壩坡為 1∶2.0，壩長105 m。初期壩壩體為透水壩，壩體為碾壓式土石混合壩，壩體上游坡鋪設(shè)土工布。初期壩底部為排滲盲溝:排滲盲溝長224.0 m。后期壩壩體每隔10.0 m設(shè)水平排滲與垂直排滲，以降低尾礦砂壩體的浸潤線。壩肩要設(shè)排水溝。采用上游式尾礦筑壩法，尾礦漿采用壩上分散放礦。

通過現(xiàn)場實(shí)地調(diào)查，由于排水豎井的排水不夠理想，由設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，在庫內(nèi)左側(cè)山腳處設(shè)計(jì)排水方涵，總長度為150 m。排水方涵和排水隧洞均正常工作，排水較清澈，含砂量小。初期壩外坡坡度為1∶1.7，堆積壩外坡坡度在1∶1.8 ～1∶2.6 之間，壩體外坡上種有灌木，植被較發(fā)育。

2 尾礦壩穩(wěn)定性分析

2.1 穩(wěn)定性計(jì)算方法

采用瑞典圓弧法確定最危險(xiǎn)滑弧的位置及最小安全系數(shù)。該方法假設(shè)條塊之間的作用力對圓弧形滑動面上的法向應(yīng)力分布沒有影響，其抗滑力與下滑力之比即為安全系數(shù)K:

其中，K為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù);W為土條重量;Q，V分別為水平和垂直地震慣性力;u為作用在土條底面的孔隙壓力;α為條塊重力線與通過此條塊底面中點(diǎn)的半徑之間的夾角;b為土條寬度;c，φ均為土條底面的總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo);Mc為水平地震慣性力對圓心的力矩;R為圓弧半徑。

2.2 浸潤線計(jì)算

根據(jù)設(shè)計(jì)文件，該尾礦庫為四等尾礦庫。由于該尾礦庫目前正處于正常運(yùn)行狀態(tài)，所以正常運(yùn)行工況下壩體浸潤線根據(jù)勘察鉆孔實(shí)測水位繪出。洪水運(yùn)行和特殊運(yùn)行工況下，根據(jù)《選礦廠尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》，3級及3級以下尾礦壩的浸潤線根據(jù)滲流理論計(jì)算得出。按保守安全性考慮，將尾礦壩視為壩基不透水、無排滲設(shè)施，且下游無水。其中干灘長度和實(shí)際庫水位應(yīng)轉(zhuǎn)化為化引灘長和化引庫水位。

浸潤線方程和計(jì)算簡圖見圖1。

其中，Lh為化引灘長，m;L為計(jì)算灘長，m;H1為化引庫水位，m;H為計(jì)算條件下實(shí)際庫水位;m1為沉積灘坡度系數(shù)，水位起算點(diǎn)為壩腳角點(diǎn)。

圖1 壩基不透水、無排滲設(shè)施的簡化滲流計(jì)算示意圖

計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 洪水運(yùn)行條件下浸潤線計(jì)算參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

2.3 巖土物理力學(xué)參數(shù)

在充分考慮野外原位測試、室內(nèi)常規(guī)試驗(yàn)、直剪試驗(yàn)等各種試驗(yàn)條件的基礎(chǔ)上，參考其他尾礦庫地層參數(shù)和有關(guān)規(guī)范綜合確定計(jì)算剖面上各層巖土的物理力學(xué)參數(shù)列于表2。

表2 尾礦庫巖土物理力學(xué)參數(shù)

2.4 穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果及評價(jià)

本尾礦庫屬四等尾礦庫，根據(jù)GB 50547-2010尾礦堆積壩巖土工程技術(shù)規(guī)范，壩體穩(wěn)定性計(jì)算采用瑞典圓弧法，并考慮水作用的總應(yīng)力法計(jì)算。有以下三種荷載組合:

1)正常運(yùn)行=正常水位滲透壓力+壩體自重，安全系數(shù)K≥1.15。2)洪水運(yùn)行=最高洪水位滲透壓力+壩體自重，安全系數(shù)K≥1.05。3)特殊運(yùn)行=最高洪水位滲透壓力+壩體自重+地震荷載，安全系數(shù) K≥1.00。

穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表

圖2 工況穩(wěn)定性計(jì)算簡圖

圖3 洪水運(yùn)行工況穩(wěn)定性計(jì)算簡圖

圖4 特殊運(yùn)行工況穩(wěn)定性計(jì)算簡圖

由圖2～圖4可以得到以下結(jié)論:正常運(yùn)行條件下處于穩(wěn)定狀態(tài)，在洪水運(yùn)行條件下處于穩(wěn)定狀態(tài)，在特殊運(yùn)行條件下處于穩(wěn)定狀態(tài)。通過對計(jì)算結(jié)果對比分析，浸潤線對壩體穩(wěn)定性的影響很大。當(dāng)洪水期浸潤線位置較高，壩體趨于飽和狀態(tài)時(shí)，壩體穩(wěn)定性降低很多。故在尾礦壩繼續(xù)加高過程中，需加強(qiáng)對尾礦排放管理，采用壩前排放方式，并經(jīng)常變換排放口位置，使粗顆粒在壩前堆積，從而提高尾礦壩的穩(wěn)定性。

3 結(jié)語

1)通過采用瑞典條分法對尾礦壩進(jìn)行抗滑穩(wěn)定性分析，安全系數(shù)基本滿足要求。2)浸潤線對壩體穩(wěn)定性的影響很大。當(dāng)壩體浸潤線升高，壩體處于飽和狀態(tài)時(shí)，土體有效應(yīng)力急劇降低，孔隙水壓力升高，對壩體穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。建議經(jīng)常疏通排滲盲溝，保證其暢通排水，使壩體浸潤線降低。

［1］ 王家兵.某尾礦壩邊坡穩(wěn)定性分析及評價(jià)［J］.山西建筑，2010，36(15):81-82.

［2］ 祝進(jìn)冰，孫 亮，鄭小毅，等.某尾礦壩抗滑穩(wěn)定性分析［J］.中國水運(yùn)，2007，5(1):62-63.

［3］ ZB J1-90，選礦廠尾礦庫設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］ GB 50547-2010，尾礦堆積壩巖土工程技術(shù)規(guī)范［S］.

［5］ 張 俊.某尾礦壩擴(kuò)容抗滑穩(wěn)定性分析［J］.環(huán)境保護(hù)，2009(1):41-42.