唐山地區(qū)某鐵選廠尾礦庫壩體滲流、穩(wěn)定性分析研究

劉敏+朱曉敬

摘 要 主要介紹唐山某鐵選廠尾礦庫現(xiàn)狀，對尾礦壩體進(jìn)行滲流計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果選用瑞典條分法對壩體進(jìn)行穩(wěn)定性分析，計(jì)算出安全系數(shù)，并提出相應(yīng)的結(jié)論和建議。

關(guān)鍵詞 尾礦壩；瑞典條分法；安全系數(shù)

中圖分類號：TV649 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）10-0090-02

尾礦壩是一種人造的具有高勢能的泥石流形成區(qū)，其安全運(yùn)行直接關(guān)系到下游人民的生命財(cái)產(chǎn)安全和庫區(qū)周邊地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。對尾礦壩進(jìn)行穩(wěn)定性分析計(jì)算，可以提高尾礦庫的安全程度和使用單位的安全管理水平，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)防事故發(fā)生，為安全監(jiān)督管理部門提供執(zhí)法參考依據(jù)，以便有目的地進(jìn)行日常監(jiān)管，同時(shí)也為尾礦庫設(shè)計(jì)部門提供設(shè)計(jì)依據(jù)。本文主要對唐山地區(qū)某鐵選廠尾礦庫壩體安全穩(wěn)定性進(jìn)行分析與評價(jià)。

1 尾礦庫壩體現(xiàn)狀及運(yùn)行情況

鐵選廠尾礦庫位于灤河下游兩山之間一自然河流中，按尾礦庫類型劃分屬于截河型尾礦庫，按后期筑壩方式劃分屬于上游式尾礦壩。尾礦庫于2007年6月建成。

現(xiàn)狀初級壩為碾壓山坡土石壩，外坡面堆壓廢礦石，壩頂、壩底平均高程分別為171.52 m、156.08 m，平均壩高為15.44 m，壩頂寬度10 m，壩軸線長120 m，內(nèi)坡、外坡比分別為1：1.6、1：1.26。現(xiàn)狀堆積壩西部由尾細(xì)砂與碎石混合堆積而成，中部與東部由尾細(xì)砂堆積而成，堆積壩表面覆蓋山皮土。壩頂平均高程為178.12 m，堆積高度6.6 m，壩頂寬度為20 m，內(nèi)坡、外坡比分別為1：1.5、1：1.2。壩外坡有一級馬道，馬道寬度4.5 m，頂部平均高程176.07 m。

現(xiàn)狀尾礦庫排水系統(tǒng)由排水井、排水管、隧洞組成。排水井由兩根排水管對接而成，深入到隧洞約2 m。尾礦庫北端有一敞開式溢洪道，與初期壩同時(shí)建成。溢洪道與初級壩之間有漿砌石導(dǎo)水墻，溢洪道長16 m，寬5 m。一期溢洪道底面高程169.50 m，二期溢洪道頂高程為172.5 m。壩內(nèi)干灘長度為268.9 m。浸潤線，上游起點(diǎn)高程為172.58 m，下游出漏位置在初級壩下部，高程總體較低。

目前該尾礦庫年產(chǎn)生尾礦9.64×104 t，尾礦庫存量2.64×104 m3，堆積壩體以每年4 m的速度上升。

2 尾礦庫壩體勘察設(shè)計(jì)情況

經(jīng)過尾礦庫區(qū)勘察，上部地層主要為尾礦砂，中部地層為第四系山間沖洪積地層，下部地層為太古代片麻巖。場區(qū)自上而下可劃分為五個工程地質(zhì)層：尾粉質(zhì)粘土層，屬中等～高壓縮性土，僅分布于庫區(qū)東北側(cè)。尾細(xì)砂層、細(xì)砂層，分布于庫區(qū)大部分地區(qū)。堆積壩清基時(shí)已挖除。碎石層，為初級壩的壩基。風(fēng)化片麻巖，在庫區(qū)分布較為廣泛，為壩基下臥層。現(xiàn)場踏勘工作中發(fā)現(xiàn)在初級壩外坡底部有少量滲水現(xiàn)象，滲水清澈，含少量尾粉砂，并造成外坡壩基局部有輕微沼澤化。

尾礦庫設(shè)計(jì)總壩高28 m，總庫容97.34×104 m3，堆積壩內(nèi)坡、外坡比分別為1：50、1：5，防洪標(biāo)準(zhǔn)為100a。

3 壩體滲流計(jì)算及物理力學(xué)參數(shù)的選擇

首先采用有限單元法對尾礦壩滲流進(jìn)行分析計(jì)算，對正常水位、洪水位分別進(jìn)行了計(jì)算，求出壩體浸潤線、孔隙水壓力、逸出坡降和滲流量等參數(shù)。洪水位準(zhǔn)流網(wǎng)計(jì)算結(jié)果見圖1。滲流計(jì)算結(jié)果見表1。

圖1 洪水位準(zhǔn)流網(wǎng)圖

表1 滲流計(jì)算結(jié)果表

計(jì)算工況條件 干灘長度（m） 上游水位高程

（m） 下游水位高程

（m） 滲流量

（m3/d）

正常水位 268.9 172.58 148.19 4.50

洪水位 83.93 174.55 148.19 11.78

4 壩體穩(wěn)定性的計(jì)算

壩體處于穩(wěn)定滲流期，通常采用的計(jì)算方法有瑞典條分法、畢肖普法、替代法。本文采用瑞典條分法中的有效應(yīng)力法，公式來自于《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T 5395-2007）。計(jì)算公式如下：

K= （1）

u=ui-rwZ （2）

式中：K-抗滑安全參數(shù)；W-土條重力；Q、V-分別為地震水平和垂直地震慣性力；u-作用在土條底面的孔隙壓力；α-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-土條寬度；-土條底面的有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)；Mc-地震水平慣性力對圓心的力矩；R-圓弧半徑；ui-穩(wěn)定滲流期的孔隙壓力；rw-水容重。

對尾礦壩穩(wěn)定性分析時(shí)考慮了正常水位運(yùn)行、洪水位運(yùn)行、特殊運(yùn)行三種情況。壩體不同工程地質(zhì)層的物理力學(xué)參數(shù)見表2。

從初級壩底（156.08米）到堆積壩壩頂（178.12米），對22.04米高差內(nèi)的所有滑動面進(jìn)行了計(jì)算，求出了安全系數(shù)最小的潛在滑動面及相應(yīng)參數(shù)，見表3。特殊運(yùn)行條件下滑動面計(jì)算建模圖見圖2。

表3 潛在滑動面計(jì)算結(jié)果表

計(jì)算工況條件 計(jì)算考慮的荷載 滑動

半徑

（m） 總的

下滑力

（kn） 總的

抗滑力

（kn） 抗滑穩(wěn)定最小系數(shù) 規(guī)范要求抗滑穩(wěn)定最小系數(shù)

正常運(yùn)行 壩體自重、正常運(yùn)行期水位滲透壓力 23.14 643.2 746.3 1.16 1.15

洪水運(yùn)行 壩體自重、最高洪水位滲透壓力 25.12 675.5 774.8 1.14 1. 05

特殊運(yùn)行 壩體自重、最高洪水位滲透壓力、

地震慣性力 25.12 695.0 760.5 1.09 1.00

圖2 特殊運(yùn)行條件下滑動面計(jì)算建模圖

該尾礦庫壩高22.04 m（初級壩與堆積壩之和），屬于五等庫，根據(jù)《尾礦庫安全技術(shù)規(guī)程》（AQ2006-2005）規(guī)定，正常、洪水、特殊運(yùn)行抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)分別為1.15、1.05、1.00，本次算出的壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不小于規(guī)范中壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)規(guī)定的數(shù)值，故可以認(rèn)定該尾礦壩穩(wěn)定可靠，滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)論

經(jīng)過計(jì)算，壩體的穩(wěn)定性系數(shù)符合相關(guān)規(guī)范要求，但影響尾礦壩穩(wěn)定性的因素有很多，就算經(jīng)過詳細(xì)的計(jì)算論證，也不能就斷定壩體非常安全，切不可掉以輕心，下面提出一些建議，可進(jìn)一步提高壩體的穩(wěn)定性。

1）現(xiàn)狀初級壩外坡坡腳有滲水現(xiàn)象，可對初級壩外側(cè)邊坡進(jìn)行碎石護(hù)坡，并鋪設(shè)土工布反濾層，護(hù)坡比不小于1：2。

2）為避免堆積壩壩肩被雨水沖刷，可設(shè)置壩坡排水溝進(jìn)行排水，并加強(qiáng)對護(hù)坡的日常維護(hù)。

3）要經(jīng)常檢查尾礦庫的排水設(shè)置，確保設(shè)施完好，汛期干灘長度應(yīng)大于80米，必要時(shí)可增加臨時(shí)排洪設(shè)備。良好的排水系統(tǒng)可以降低壩內(nèi)浸潤線的高度，提高壩體穩(wěn)定性。

4）日常巡視中應(yīng)重點(diǎn)檢查壩體是否有滲水、流土、管涌等現(xiàn)象，對壩體位移變形、裂縫及壩體內(nèi)浸潤線的高度要進(jìn)行長期監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)立即報(bào)告上級主管、設(shè)計(jì)等相關(guān)部門，及時(shí)采取技術(shù)措施，防止險(xiǎn)情的擴(kuò)大。

參考文獻(xiàn)

[1]《金屬非金屬礦山安全》編委會.金屬非金屬礦山安全[M].湖北科學(xué)技術(shù)出版社，2003：211-215.

[2]AQ2006-2005尾礦庫安全技術(shù)規(guī)程[S].

[3]DL/T 5395-2007碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].endprint

摘 要 主要介紹唐山某鐵選廠尾礦庫現(xiàn)狀，對尾礦壩體進(jìn)行滲流計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果選用瑞典條分法對壩體進(jìn)行穩(wěn)定性分析，計(jì)算出安全系數(shù)，并提出相應(yīng)的結(jié)論和建議。

關(guān)鍵詞 尾礦壩；瑞典條分法；安全系數(shù)

中圖分類號：TV649 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）10-0090-02

尾礦壩是一種人造的具有高勢能的泥石流形成區(qū)，其安全運(yùn)行直接關(guān)系到下游人民的生命財(cái)產(chǎn)安全和庫區(qū)周邊地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。對尾礦壩進(jìn)行穩(wěn)定性分析計(jì)算，可以提高尾礦庫的安全程度和使用單位的安全管理水平，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)防事故發(fā)生，為安全監(jiān)督管理部門提供執(zhí)法參考依據(jù)，以便有目的地進(jìn)行日常監(jiān)管，同時(shí)也為尾礦庫設(shè)計(jì)部門提供設(shè)計(jì)依據(jù)。本文主要對唐山地區(qū)某鐵選廠尾礦庫壩體安全穩(wěn)定性進(jìn)行分析與評價(jià)。

1 尾礦庫壩體現(xiàn)狀及運(yùn)行情況

鐵選廠尾礦庫位于灤河下游兩山之間一自然河流中，按尾礦庫類型劃分屬于截河型尾礦庫，按后期筑壩方式劃分屬于上游式尾礦壩。尾礦庫于2007年6月建成。

現(xiàn)狀初級壩為碾壓山坡土石壩，外坡面堆壓廢礦石，壩頂、壩底平均高程分別為171.52 m、156.08 m，平均壩高為15.44 m，壩頂寬度10 m，壩軸線長120 m，內(nèi)坡、外坡比分別為1：1.6、1：1.26。現(xiàn)狀堆積壩西部由尾細(xì)砂與碎石混合堆積而成，中部與東部由尾細(xì)砂堆積而成，堆積壩表面覆蓋山皮土。壩頂平均高程為178.12 m，堆積高度6.6 m，壩頂寬度為20 m，內(nèi)坡、外坡比分別為1：1.5、1：1.2。壩外坡有一級馬道，馬道寬度4.5 m，頂部平均高程176.07 m。

現(xiàn)狀尾礦庫排水系統(tǒng)由排水井、排水管、隧洞組成。排水井由兩根排水管對接而成，深入到隧洞約2 m。尾礦庫北端有一敞開式溢洪道，與初期壩同時(shí)建成。溢洪道與初級壩之間有漿砌石導(dǎo)水墻，溢洪道長16 m，寬5 m。一期溢洪道底面高程169.50 m，二期溢洪道頂高程為172.5 m。壩內(nèi)干灘長度為268.9 m。浸潤線，上游起點(diǎn)高程為172.58 m，下游出漏位置在初級壩下部，高程總體較低。

目前該尾礦庫年產(chǎn)生尾礦9.64×104 t，尾礦庫存量2.64×104 m3，堆積壩體以每年4 m的速度上升。

2 尾礦庫壩體勘察設(shè)計(jì)情況

經(jīng)過尾礦庫區(qū)勘察，上部地層主要為尾礦砂，中部地層為第四系山間沖洪積地層，下部地層為太古代片麻巖。場區(qū)自上而下可劃分為五個工程地質(zhì)層：尾粉質(zhì)粘土層，屬中等～高壓縮性土，僅分布于庫區(qū)東北側(cè)。尾細(xì)砂層、細(xì)砂層，分布于庫區(qū)大部分地區(qū)。堆積壩清基時(shí)已挖除。碎石層，為初級壩的壩基。風(fēng)化片麻巖，在庫區(qū)分布較為廣泛，為壩基下臥層。現(xiàn)場踏勘工作中發(fā)現(xiàn)在初級壩外坡底部有少量滲水現(xiàn)象，滲水清澈，含少量尾粉砂，并造成外坡壩基局部有輕微沼澤化。

尾礦庫設(shè)計(jì)總壩高28 m，總庫容97.34×104 m3，堆積壩內(nèi)坡、外坡比分別為1：50、1：5，防洪標(biāo)準(zhǔn)為100a。

3 壩體滲流計(jì)算及物理力學(xué)參數(shù)的選擇

首先采用有限單元法對尾礦壩滲流進(jìn)行分析計(jì)算，對正常水位、洪水位分別進(jìn)行了計(jì)算，求出壩體浸潤線、孔隙水壓力、逸出坡降和滲流量等參數(shù)。洪水位準(zhǔn)流網(wǎng)計(jì)算結(jié)果見圖1。滲流計(jì)算結(jié)果見表1。

圖1 洪水位準(zhǔn)流網(wǎng)圖

表1 滲流計(jì)算結(jié)果表

計(jì)算工況條件 干灘長度（m） 上游水位高程

（m） 下游水位高程

（m） 滲流量

（m3/d）

正常水位 268.9 172.58 148.19 4.50

洪水位 83.93 174.55 148.19 11.78

4 壩體穩(wěn)定性的計(jì)算

壩體處于穩(wěn)定滲流期，通常采用的計(jì)算方法有瑞典條分法、畢肖普法、替代法。本文采用瑞典條分法中的有效應(yīng)力法，公式來自于《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T 5395-2007）。計(jì)算公式如下：

K= （1）

u=ui-rwZ （2）

式中：K-抗滑安全參數(shù)；W-土條重力；Q、V-分別為地震水平和垂直地震慣性力；u-作用在土條底面的孔隙壓力；α-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-土條寬度；-土條底面的有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)；Mc-地震水平慣性力對圓心的力矩；R-圓弧半徑；ui-穩(wěn)定滲流期的孔隙壓力；rw-水容重。

對尾礦壩穩(wěn)定性分析時(shí)考慮了正常水位運(yùn)行、洪水位運(yùn)行、特殊運(yùn)行三種情況。壩體不同工程地質(zhì)層的物理力學(xué)參數(shù)見表2。

從初級壩底（156.08米）到堆積壩壩頂（178.12米），對22.04米高差內(nèi)的所有滑動面進(jìn)行了計(jì)算，求出了安全系數(shù)最小的潛在滑動面及相應(yīng)參數(shù)，見表3。特殊運(yùn)行條件下滑動面計(jì)算建模圖見圖2。

表3 潛在滑動面計(jì)算結(jié)果表

計(jì)算工況條件 計(jì)算考慮的荷載 滑動

半徑

（m） 總的

下滑力

（kn） 總的

抗滑力

（kn） 抗滑穩(wěn)定最小系數(shù) 規(guī)范要求抗滑穩(wěn)定最小系數(shù)

正常運(yùn)行 壩體自重、正常運(yùn)行期水位滲透壓力 23.14 643.2 746.3 1.16 1.15

洪水運(yùn)行 壩體自重、最高洪水位滲透壓力 25.12 675.5 774.8 1.14 1. 05

特殊運(yùn)行 壩體自重、最高洪水位滲透壓力、

地震慣性力 25.12 695.0 760.5 1.09 1.00

圖2 特殊運(yùn)行條件下滑動面計(jì)算建模圖

該尾礦庫壩高22.04 m（初級壩與堆積壩之和），屬于五等庫，根據(jù)《尾礦庫安全技術(shù)規(guī)程》（AQ2006-2005）規(guī)定，正常、洪水、特殊運(yùn)行抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)分別為1.15、1.05、1.00，本次算出的壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不小于規(guī)范中壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)規(guī)定的數(shù)值，故可以認(rèn)定該尾礦壩穩(wěn)定可靠，滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)論

經(jīng)過計(jì)算，壩體的穩(wěn)定性系數(shù)符合相關(guān)規(guī)范要求，但影響尾礦壩穩(wěn)定性的因素有很多，就算經(jīng)過詳細(xì)的計(jì)算論證，也不能就斷定壩體非常安全，切不可掉以輕心，下面提出一些建議，可進(jìn)一步提高壩體的穩(wěn)定性。

1）現(xiàn)狀初級壩外坡坡腳有滲水現(xiàn)象，可對初級壩外側(cè)邊坡進(jìn)行碎石護(hù)坡，并鋪設(shè)土工布反濾層，護(hù)坡比不小于1：2。

2）為避免堆積壩壩肩被雨水沖刷，可設(shè)置壩坡排水溝進(jìn)行排水，并加強(qiáng)對護(hù)坡的日常維護(hù)。

3）要經(jīng)常檢查尾礦庫的排水設(shè)置，確保設(shè)施完好，汛期干灘長度應(yīng)大于80米，必要時(shí)可增加臨時(shí)排洪設(shè)備。良好的排水系統(tǒng)可以降低壩內(nèi)浸潤線的高度，提高壩體穩(wěn)定性。

4）日常巡視中應(yīng)重點(diǎn)檢查壩體是否有滲水、流土、管涌等現(xiàn)象，對壩體位移變形、裂縫及壩體內(nèi)浸潤線的高度要進(jìn)行長期監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)立即報(bào)告上級主管、設(shè)計(jì)等相關(guān)部門，及時(shí)采取技術(shù)措施，防止險(xiǎn)情的擴(kuò)大。

參考文獻(xiàn)

[1]《金屬非金屬礦山安全》編委會.金屬非金屬礦山安全[M].湖北科學(xué)技術(shù)出版社，2003：211-215.

[2]AQ2006-2005尾礦庫安全技術(shù)規(guī)程[S].

[3]DL/T 5395-2007碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].endprint

摘 要 主要介紹唐山某鐵選廠尾礦庫現(xiàn)狀，對尾礦壩體進(jìn)行滲流計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果選用瑞典條分法對壩體進(jìn)行穩(wěn)定性分析，計(jì)算出安全系數(shù)，并提出相應(yīng)的結(jié)論和建議。

關(guān)鍵詞 尾礦壩；瑞典條分法；安全系數(shù)

中圖分類號：TV649 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）10-0090-02

尾礦壩是一種人造的具有高勢能的泥石流形成區(qū)，其安全運(yùn)行直接關(guān)系到下游人民的生命財(cái)產(chǎn)安全和庫區(qū)周邊地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。對尾礦壩進(jìn)行穩(wěn)定性分析計(jì)算，可以提高尾礦庫的安全程度和使用單位的安全管理水平，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)防事故發(fā)生，為安全監(jiān)督管理部門提供執(zhí)法參考依據(jù)，以便有目的地進(jìn)行日常監(jiān)管，同時(shí)也為尾礦庫設(shè)計(jì)部門提供設(shè)計(jì)依據(jù)。本文主要對唐山地區(qū)某鐵選廠尾礦庫壩體安全穩(wěn)定性進(jìn)行分析與評價(jià)。

1 尾礦庫壩體現(xiàn)狀及運(yùn)行情況

鐵選廠尾礦庫位于灤河下游兩山之間一自然河流中，按尾礦庫類型劃分屬于截河型尾礦庫，按后期筑壩方式劃分屬于上游式尾礦壩。尾礦庫于2007年6月建成。

現(xiàn)狀初級壩為碾壓山坡土石壩，外坡面堆壓廢礦石，壩頂、壩底平均高程分別為171.52 m、156.08 m，平均壩高為15.44 m，壩頂寬度10 m，壩軸線長120 m，內(nèi)坡、外坡比分別為1：1.6、1：1.26。現(xiàn)狀堆積壩西部由尾細(xì)砂與碎石混合堆積而成，中部與東部由尾細(xì)砂堆積而成，堆積壩表面覆蓋山皮土。壩頂平均高程為178.12 m，堆積高度6.6 m，壩頂寬度為20 m，內(nèi)坡、外坡比分別為1：1.5、1：1.2。壩外坡有一級馬道，馬道寬度4.5 m，頂部平均高程176.07 m。

現(xiàn)狀尾礦庫排水系統(tǒng)由排水井、排水管、隧洞組成。排水井由兩根排水管對接而成，深入到隧洞約2 m。尾礦庫北端有一敞開式溢洪道，與初期壩同時(shí)建成。溢洪道與初級壩之間有漿砌石導(dǎo)水墻，溢洪道長16 m，寬5 m。一期溢洪道底面高程169.50 m，二期溢洪道頂高程為172.5 m。壩內(nèi)干灘長度為268.9 m。浸潤線，上游起點(diǎn)高程為172.58 m，下游出漏位置在初級壩下部，高程總體較低。

目前該尾礦庫年產(chǎn)生尾礦9.64×104 t，尾礦庫存量2.64×104 m3，堆積壩體以每年4 m的速度上升。

2 尾礦庫壩體勘察設(shè)計(jì)情況

經(jīng)過尾礦庫區(qū)勘察，上部地層主要為尾礦砂，中部地層為第四系山間沖洪積地層，下部地層為太古代片麻巖。場區(qū)自上而下可劃分為五個工程地質(zhì)層：尾粉質(zhì)粘土層，屬中等～高壓縮性土，僅分布于庫區(qū)東北側(cè)。尾細(xì)砂層、細(xì)砂層，分布于庫區(qū)大部分地區(qū)。堆積壩清基時(shí)已挖除。碎石層，為初級壩的壩基。風(fēng)化片麻巖，在庫區(qū)分布較為廣泛，為壩基下臥層。現(xiàn)場踏勘工作中發(fā)現(xiàn)在初級壩外坡底部有少量滲水現(xiàn)象，滲水清澈，含少量尾粉砂，并造成外坡壩基局部有輕微沼澤化。

尾礦庫設(shè)計(jì)總壩高28 m，總庫容97.34×104 m3，堆積壩內(nèi)坡、外坡比分別為1：50、1：5，防洪標(biāo)準(zhǔn)為100a。

3 壩體滲流計(jì)算及物理力學(xué)參數(shù)的選擇

首先采用有限單元法對尾礦壩滲流進(jìn)行分析計(jì)算，對正常水位、洪水位分別進(jìn)行了計(jì)算，求出壩體浸潤線、孔隙水壓力、逸出坡降和滲流量等參數(shù)。洪水位準(zhǔn)流網(wǎng)計(jì)算結(jié)果見圖1。滲流計(jì)算結(jié)果見表1。

圖1 洪水位準(zhǔn)流網(wǎng)圖

表1 滲流計(jì)算結(jié)果表

計(jì)算工況條件 干灘長度（m） 上游水位高程

（m） 下游水位高程

（m） 滲流量

（m3/d）

正常水位 268.9 172.58 148.19 4.50

洪水位 83.93 174.55 148.19 11.78

4 壩體穩(wěn)定性的計(jì)算

壩體處于穩(wěn)定滲流期，通常采用的計(jì)算方法有瑞典條分法、畢肖普法、替代法。本文采用瑞典條分法中的有效應(yīng)力法，公式來自于《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T 5395-2007）。計(jì)算公式如下：

K= （1）

u=ui-rwZ （2）

式中：K-抗滑安全參數(shù)；W-土條重力；Q、V-分別為地震水平和垂直地震慣性力；u-作用在土條底面的孔隙壓力；α-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-土條寬度；-土條底面的有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)；Mc-地震水平慣性力對圓心的力矩；R-圓弧半徑；ui-穩(wěn)定滲流期的孔隙壓力；rw-水容重。

對尾礦壩穩(wěn)定性分析時(shí)考慮了正常水位運(yùn)行、洪水位運(yùn)行、特殊運(yùn)行三種情況。壩體不同工程地質(zhì)層的物理力學(xué)參數(shù)見表2。

從初級壩底（156.08米）到堆積壩壩頂（178.12米），對22.04米高差內(nèi)的所有滑動面進(jìn)行了計(jì)算，求出了安全系數(shù)最小的潛在滑動面及相應(yīng)參數(shù)，見表3。特殊運(yùn)行條件下滑動面計(jì)算建模圖見圖2。

表3 潛在滑動面計(jì)算結(jié)果表

計(jì)算工況條件 計(jì)算考慮的荷載 滑動

半徑

（m） 總的

下滑力

（kn） 總的

抗滑力

（kn） 抗滑穩(wěn)定最小系數(shù) 規(guī)范要求抗滑穩(wěn)定最小系數(shù)

正常運(yùn)行 壩體自重、正常運(yùn)行期水位滲透壓力 23.14 643.2 746.3 1.16 1.15

洪水運(yùn)行 壩體自重、最高洪水位滲透壓力 25.12 675.5 774.8 1.14 1. 05

特殊運(yùn)行 壩體自重、最高洪水位滲透壓力、

地震慣性力 25.12 695.0 760.5 1.09 1.00

圖2 特殊運(yùn)行條件下滑動面計(jì)算建模圖

該尾礦庫壩高22.04 m（初級壩與堆積壩之和），屬于五等庫，根據(jù)《尾礦庫安全技術(shù)規(guī)程》（AQ2006-2005）規(guī)定，正常、洪水、特殊運(yùn)行抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)分別為1.15、1.05、1.00，本次算出的壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不小于規(guī)范中壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)規(guī)定的數(shù)值，故可以認(rèn)定該尾礦壩穩(wěn)定可靠，滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)論

經(jīng)過計(jì)算，壩體的穩(wěn)定性系數(shù)符合相關(guān)規(guī)范要求，但影響尾礦壩穩(wěn)定性的因素有很多，就算經(jīng)過詳細(xì)的計(jì)算論證，也不能就斷定壩體非常安全，切不可掉以輕心，下面提出一些建議，可進(jìn)一步提高壩體的穩(wěn)定性。

1）現(xiàn)狀初級壩外坡坡腳有滲水現(xiàn)象，可對初級壩外側(cè)邊坡進(jìn)行碎石護(hù)坡，并鋪設(shè)土工布反濾層，護(hù)坡比不小于1：2。

2）為避免堆積壩壩肩被雨水沖刷，可設(shè)置壩坡排水溝進(jìn)行排水，并加強(qiáng)對護(hù)坡的日常維護(hù)。

3）要經(jīng)常檢查尾礦庫的排水設(shè)置，確保設(shè)施完好，汛期干灘長度應(yīng)大于80米，必要時(shí)可增加臨時(shí)排洪設(shè)備。良好的排水系統(tǒng)可以降低壩內(nèi)浸潤線的高度，提高壩體穩(wěn)定性。

4）日常巡視中應(yīng)重點(diǎn)檢查壩體是否有滲水、流土、管涌等現(xiàn)象，對壩體位移變形、裂縫及壩體內(nèi)浸潤線的高度要進(jìn)行長期監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)立即報(bào)告上級主管、設(shè)計(jì)等相關(guān)部門，及時(shí)采取技術(shù)措施，防止險(xiǎn)情的擴(kuò)大。

參考文獻(xiàn)

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[2]AQ2006-2005尾礦庫安全技術(shù)規(guī)程[S].

[3]DL/T 5395-2007碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].endprint