庫內降雨下的尾礦庫壩體浸潤線變化規律研究

唐永俊++葉光鳳

摘要： 通過庫內模擬降雨條件下的堆壩模型實驗，研究了在庫內降雨條件下壩體的浸潤線變化規律，實驗結果表明：庫內水位的變化對浸潤線的影響比較明顯，壩體整體的浸潤線高度隨著庫內水位的上升而不斷上升；浸潤線高度變化存在滯后于水位高度的現象，干灘面遠端和干灘面中部處的浸潤線高度變化滯后于水位高度不是太明顯，在干灘面近端和壩體外坡處的浸潤線高度滯后于庫內水位高度比較明顯，當庫內水流滲流至干灘面近端和壩體外坡時，滯后現象逐漸消失，浸潤線上升速率和水位上升速率基本一致。

Abstract： The model experiment of heap dam under the condition of rainfall in the reservoir is carried out. The results show that， the influence of the water level changes on the infiltration line is obvious， and the height of the whole dam infiltration line increases with the rise of the water level in the reservoir. The height of the infiltration line is lagging behind the height of the water level， and the height of the infiltration line at the far end of the dry beach and the middle of the dry beach is lagging behind the height of the water level are not obvious. The infiltration line near the dry beach and the out slope of the dam lagging behind water height in the reservoir is more obvious. When the reservoir water seepage to the near dry beach and the out slope of the dam， the hysteresis phenomenon gradually disappeared， the rate of rise of the infiltration line and water level rise rate are basically the same.

關鍵詞： 尾礦庫；模型試驗；浸潤線；滯后

Key words： tailings dam；model test；infiltration line；lag behind

中圖分類號：TV649 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）08-0170-02

0 引言

尾礦庫是指筑壩攔截谷口或圍地構成的，用以堆存金屬或非金屬礦山進行礦石選別后排出尾礦或其他工業廢渣的場所。尾礦庫是一個具有高勢能的人造泥石流危險源[1]，存在潰壩危險，一旦失事，容易造成重特大事故。對于尾礦庫的安全穩定而言，浸潤線被稱為尾礦壩的生命線，了解浸潤線的變化規律對尾礦壩的安全至關重要，研究浸潤線的變化特性也將對尾礦庫的預警和安全評價等具有重要的意義。

1 實驗內容

浸潤線的變化對于庫區水位變化的響應是最敏感的[2]，浸潤線每升高10%，壩體抗滑穩定安全系數減少約0.02[3]。因此，本文通過尾礦庫堆壩模型試驗，進行降雨模擬實驗，測量降雨過程中壩體的浸潤線值，分析在降雨條件下，庫內水位不斷變化時壩體的浸潤線變化規律。實驗假設當遇到百年一遇的強降雨時，因尾礦庫排洪設施出現問題不能正常排洪而導致庫內水位在庫內不斷聚集，導致水位不斷上升。在本次實驗中，沿壩體軸線中部布置4根浸潤線測管，分別為J1、J2、J3和J4，J1位于干灘面遠端，J2位于干灘面中部，J3位于干灘面近端，J4位于壩體外坡，其中J1、J2、J3和J4距離為0.6m，0.6m，0.6m和0.5m，壩體浸潤線布置如圖1所示。

2 壩體的浸潤線變化規律及分析

在降雨過程中，每隔10min測一次庫內水位高度和浸潤線高度，浸潤線與水位高度隨降雨的時間變化如圖2～5所示。

從圖2～5中可以看出，庫內水位隨著降雨時間的增加在不斷增加，這主要是因為尾礦庫的排洪設施出現問題，導致不能正常的將庫內水排出到庫外而不斷在庫內積聚而引起庫內水位不斷上升。在上圖中，J1（干灘面遠端）、J2（干灘面中部）、J3（干灘面近端）和J4（壩體外坡）處的浸潤線測管水位都隨著庫內水位的上升而逐漸抬高，說明庫內水位的變化對浸潤線的變化影響比較明顯。在降雨初期，干灘面遠端、干灘面中部、干灘面近端和壩體外坡處的浸潤線測管水位值分別為6.1cm、2.5cm、0cm、0cm。隨著降雨的持續，干灘面遠端和干灘面中部處的浸潤線受水位上升的影響比較明顯，并且干灘面遠端處浸潤線上升速率幾乎和水位上升速率基本一致。這主要是由于在放礦試驗完成后并立即進行了降雨模擬實驗，堆積壩內的尾礦砂含水率還比較高，外加降雨過程中，在干灘面上的水流除了不斷匯流至庫內外，還有一部分降雨直接從干灘面表層尾礦砂慢慢入滲至深部尾砂中，并且越接近庫尾，入滲的水流也越多。因此導致了在干灘面遠端和干灘面中部處的尾礦砂飽和程度較高，故在降雨初期，浸潤線向干灘面遠端和干灘面中部處的浸潤推進速度很快，干灘面遠端和干灘面中部處的浸潤線高度并未出現明顯的滯后于水位高度的現象。由于庫內水流滲透到干灘面近端和壩體外坡需要一段時間，因此干灘面近端和壩體外坡處的浸潤線測管高度并未因庫內水位的上升而出現明顯變化，而是出現了滯后于庫內水位高度的現象，并且壩體外坡處浸潤線滯后現象比干灘面近端更加明顯。當庫內水流滲流至干灘面近端和壩體外坡時，這兩處的浸潤線測管開始出現讀數，并且測管水位上升速率逐漸加快，后期和水位上升速率幾乎保持一致。

通過上述的數據分析可以看出，庫內水位變化對浸潤線的變化影響比較大，無論是干灘面近端、中部、遠端，還是壩體外坡處的浸潤線都會隨著水位的快速上升而迅速抬高，這是非常不利于尾礦壩的安全的。因此在遇到強降雨和洪水發生時，若不采取相應的有效措施，浸潤線必然會隨著庫內水位的上升而不斷升高，這往往會使干灘長度變短，從而使得浸潤線的位置升高而威脅壩體的安全，同時水位的升高也會使滲流路徑縮短，直接影響著尾礦壩的滲流場邊界。因此在實際的生產過程中，對于透水性差的初期壩來說，在其中設置土工布、排水褥墊和排滲管等都能較好地降低浸潤線的位置，同時也要做好尾礦壩下游逸出點附近的反濾設施，避免發生滲透破壞[4]。當遇到強降雨和洪水時，應加強庫內水位和浸潤線的監測工作，特別是遇到強降雨或洪水來臨時的監測，保證尾礦壩排洪和排滲設施正常、有效的工作，保證一定的干灘長度，將浸潤線高度控制在安全范圍內。

3 結論

當尾礦庫排洪設施出現問題不能正常排洪時，庫內水位隨著降雨時間的增加而不斷升高。壩體的浸潤線變化受庫內水位的變化比較明顯，壩體浸潤線高度隨著庫內水位的上升而不斷抬升。

浸潤線高度變化存在滯后于水位高度的現象，干灘面遠端和干灘面中部處的浸潤線高度變化滯后于水位高度不是太明顯，在干灘面近端和壩體外坡處的浸潤線高度滯后于庫內水位高度比較明顯，當庫內水流滲流至干灘面近端和壩體外坡時，滯后現象逐漸消失，浸潤線上升速率和水位上升速率基本一致。

參考文獻：

[1]趙天龍，陳生水，鐘啟明.尾礦壩潰決機理與潰壩過程研究進展[J].水利水運工程學報，2015（1）：105-111.

[2]張力霆，周國斌，谷芳，齊清蘭.庫區水位急劇變化對尾礦庫壩體穩定的影響[J].金屬礦山，2008，37（8）：119-122.

[3]張楊，秦衛星，張岳安，王宜將.獨木隴尾礦壩抗滑穩定的可靠度分析分析[J].金屬礦山，2010，39（5）：154-157.

[4]齊清蘭，張力霆，谷芳，周國斌.影響尾礦庫滲流場的因素及降低浸潤線的措施[J].金屬礦山，2009，38（2）：35-37.