基于SLIDE的尾礦庫壩體穩定性分析

普興林，陳玉明

（昆明理工大學，云南 昆明 650093）

基于SLIDE的尾礦庫壩體穩定性分析

普興林，陳玉明

（昆明理工大學，云南 昆明 650093）

尾礦庫是礦山工程的重大危險源和環境污染源，壩體的穩定性關乎下游居民的生命財產安全。本文應用SLIDE軟件對云南某礦尾礦壩在正常、洪水、特殊運行情況下的穩定性進行分析，得出此尾礦壩的壩坡抗滑穩定的安全系數，并對壩體的穩定性進行評價。

尾礦壩；極限平衡；穩定性；SLIDE

尾礦庫是一種特殊的邊坡工程，具有特殊的應力狀態，不僅受到地質構造應力的作用，還受到洪水、排水滲壓、地震等荷載影響。某尾礦庫由于排滲管道堵塞，出現沼澤化和干灘難以固結的問題，現在需要對尾礦庫在正常、洪水、特殊運行情況下的穩定性進行論證，以解決是否可以繼續堆存尾礦的問題。

1 尾礦庫概況

云南某礦尾礦庫于2012年2月投入使用，經過兩年多的運營，初期壩已經堆滿，壩高21.05m，壩體為基礎設置排滲棱體的均質碾壓土壩，壩內坡設置土工布反濾層。沉積于庫前的粗顆粒尾砂采用人工堆筑子壩，目前已堆至第二層子壩，標高為1 213.73m，相對于初期壩壩底高差為22.81m。

2 尾礦壩穩定性分析

2.1 壩體材料分區及物理力學指標

根據該礦尾礦庫巖土工程勘察報告書和相關資料，將計算體分為4個區：一區：尾礦堆積體(尾細沙)；二區：排滲棱體(灰巖)；三區：初期壩(粉質粘土)；四區： 尾礦壩壩基(粉砂巖層)。在進行初期壩壩基開挖時清除表層覆蓋層并進入粉砂巖層以下100cm。

各層材料的物理力學指標取值見表1。

表1 各層材料的物理力學指標取值

2.2 邊坡穩定性計算軟件SLIDE

SLIDE軟件是一個計算土、石質二維邊坡穩定的程序，由加拿大RocScience公司研發。可計算邊坡的安全系數，還可分析圓弧與非圓弧的潛在破壞滑動面。SLIDE軟件非常便于操作應用，即使復雜的模型也可以迅速簡便的建立和計算分析。外界荷載、地下水、支撐物都可以用不同的方式模擬。該軟件應用建立在極限平衡上的豎向條分法(如Bishop、Janbu、Fellenius等)來計算邊坡的穩定。各滑動面可以計算分析，由搜索算法自動搜索確定所計算邊坡的最危險潛在破壞滑動面位置，也可指定滑面分析安全系數。

2.3 壩體穩定性分析

由于該尾礦庫現設計壩軸線長為49.31m，因此布置3條地質勘探線。尾礦庫成V字形，中間的2#勘探線最長，因此參考另兩條勘探線，設定2#勘探線作為穩定性分析剖面，分析步驟如圖1所示。

圖1 壩體穩定性分析步驟

根據行業標準ZBJ1-1990《尾礦設施設計規范》，四等尾礦庫穩定性計算的荷載在正常運行情況下是壩體自重和筑壩期正常高水位的滲透壓力，實測正常運行時尾礦庫水面線長度89.97m；在洪水運行情況下是壩體自重和最高洪水位有可能形成的穩定滲透壓力，根據地區水文地質資料洪水運行時設計的水面線長度為106.57m；在特殊情況下是在洪水運行情況基礎上加上地震荷載，根據國家標準GB50011-2010《建筑物抗震設計規范》，該地區抗震設防烈度為7度，水平和豎直地震加速度都為0.1g。

根據尾礦庫的地質勘察資料繪制正常運行情況下的2#剖面的計算簡化圖，如圖2所示。

圖2 正常運行情況下的2#剖面的計算簡圖

在圖2的基礎上，考慮材料的物理力學參數和運行情況后，在SLIDE中建立如圖3所示的模型，為了方便觀察壩高和壩體長度，把模型建立在(0，0)的基準點上。添加自動搜索網格，網格數設置為20×20。

然后再模型中添加水面線以及浸潤線的水頭位置，選擇常用的Bishop、Janbu、Fellenius這三種穩定性計算方法，在網格搜索范圍內找出圓弧滑動面圓心的可能范圍以及分析出壩坡抗滑穩定的最小安全系數，如圖4所示。

圖3 正常運行情況下的2#剖面的計算模型

圖4 最小安全系數計算簡圖

類似正常運行情況下的建模，在洪水運行情況下改變水位線的位置，在特殊情況下再添加地震的水平加速度和豎直加速度。然后用Bishop、Janbu、Fellenius等方法計算出不同運行情況下的最小安全系數。計算結果如表2所示。

表2 不同運行情況下的最小安全系數

通過分析比較發現同一種運行情況使用Bishop法計算最小安全系數最大，Janbu法計算的最小。

3 尾礦庫壩體穩定性評價

該礦尾礦庫設計為四等庫，根據《尾礦設施設計規范》，壩坡抗滑穩定的最小安全系數(Kmin)要求，正常運行期間：Kmin=1.15；洪水運行期間：Kmin=1.05；特殊運行期間：Kmin=1.00。通過SLIDE軟件計算得出不同運行情況下的最小安全系數均大于規范要求，但是在繼續加高過程中要嚴格按照原設計施工，密切關注壩體位移以及水位變化情況。出現險情立刻停止生產并且整改。

4 結論

(1) 對通過SLIDE軟件計算的結果與尾礦庫出現沼澤化和干灘難以固結等現象進行分析，發現得出的安全系數與實際壩體穩定性不相符合，這主要是因為現階段尾礦庫堆積壩高度比較小，在后期繼續加高過程中，如果不及時整改尾礦庫的排滲設施，尾礦庫的壩體穩定性系數將會降低，最終出現不可估量的損失。

(2) 極限平衡理論在尾礦庫壩體穩定性分析的應用中已經達到一個相對成熟的階段。在大量的運用實例中，證明極限平衡理論的方法Bishop、Janbu、Fellenius等在穩定性分析方面是可行的。

(3) SLIDE軟件在穩定性分析、滲流場分析、概率分析等方面都有優越的特性，在巖土、礦山開采、交通、水利等領域不斷開發利用，在全世界的使用范圍較廣，分析結果可靠性較高，在本文中SLIDE軟件也發揮了很重要支撐作用，在今后的使用過程中可以不斷優化擴寬應用范圍。

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[3]袁軒.極限平衡理論在土石壩邊坡穩定性分析中的應用與改進[D].成都：四川大學，2006.

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[5]李宏儒，胡再強，陳存禮，等.金堆城尾礦壩加高方案數值模擬及穩定性分析[J].巖土力學，2008，29(4)：1138-1142.

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[7]中華人民共和國住房和城鄉建設部.GB50011-2010建筑物抗震設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.

【修回日期】2014-10-17

Stability Analysis of A Gold Mine Tailing Dam Based on the SLIDE

PU Xing-lin , CHEN Yu-ming
(Kunming University of Science & Technology, Kunming 650093, China)

Tailings is major hazards and environmental pollution of mining engineering, the stability of the dam body is about the life and property safety of the people live in downstream .This passage is about using SLIDE software to make the stability analysis for a certain gold mine tailings dam under the condition of normal, flood, special running. It is concluded that the safety coefficient of dam slope stability against sliding, and to evaluate the stability of the dam body.

tailings dam; limit equilibrium theory; stability; SLIDE

TD926.4

A

1007-9386(2015)02-0054-02

2014-09-11