某尾礦庫壩體滲流計算與壩坡穩(wěn)定計算分析

喬連朋1 范向偉2 解偉3

（1.河南水利與環(huán)境職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450000；2.河南天泰工程技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450000；3.華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450000）

某尾礦庫壩體滲流計算與壩坡穩(wěn)定計算分析

喬連朋1 范向偉2 解偉3

（1.河南水利與環(huán)境職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450000；2.河南天泰工程技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450000；3.華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450000）

選取不同工況，利用理正滲流穩(wěn)定分析計算軟件和理正邊坡穩(wěn)定分析軟件，分別對尾礦庫初期壩進(jìn)行滲流計算與邊坡穩(wěn)定計算及分析，結(jié)果表明：各種工況下壩體單寬滲流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于允許單寬滲流量，浸潤線位置較低可滿足要求，壩坡的抗滑穩(wěn)定系數(shù)均大于對應(yīng)工況下的壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)，滿足規(guī)范要求，尾礦庫初期壩壩體穩(wěn)定。

尾礦庫；滲流計算；壩坡穩(wěn)定；透水堆石壩；浸潤線

1 工程概況

河南省某尾礦庫初期壩為碾壓式透水堆石壩，壩高23m，壩頂寬3.5m，外坡坡比1∶1.75，內(nèi)坡坡比為1∶1.6，壩軸線長為105.7m。在初期壩底部設(shè)置排滲褥墊。在壩高13m處，外坡設(shè)置一條寬度2m的馬道。尾礦庫內(nèi)現(xiàn)狀尾砂堆積最大高度為21m。

2 滲流穩(wěn)定理論與計算

2.1 滲流穩(wěn)定計算理論

尾礦庫壩體穩(wěn)定性分析目的是為尾礦庫的安全性作出評價或?yàn)檎w設(shè)計提供技術(shù)參數(shù)［1，2］。工程實(shí)際中，初期壩使用透水堆石壩較為廣泛，由于透水堆石壩的滲透性規(guī)律較復(fù)雜，目前關(guān)于此類尾礦壩的滲流計算方法尚不成熟。之前在工程實(shí)際中較多參照斜墻堆石壩滲流計算方法進(jìn)行計算［3］。

近年來，有限元的思想逐漸引入到了水壩的滲流分析中，并隨著研究成果的深入，在滲流分析中，利用有限元解決復(fù)雜滲流問題已成為水利工程滲流分析的重要途徑［4］。從水壩滲流穩(wěn)定法分析方法中得到啟發(fā)，尾礦壩的滲流穩(wěn)定分析也逐漸開始使用有限元的思想解決。

2.2 滲流穩(wěn)定計算

2.2.1 壩體滲流穩(wěn)定計算。該尾礦庫滲流分析采用北京理正軟件設(shè)計研究院開發(fā)的理正滲流分析計算軟件進(jìn)行計算。

計算模型的選?。焊鶕?jù)該尾礦庫運(yùn)行情況，模擬正常水位運(yùn)行和最高洪水位運(yùn)行2種工況［5］，其正常水位和最高洪水位分別是21.5m和22.24m，下游水位均0m。該尾礦庫采用的計算參數(shù)見表1。

采用AutocAD建立模型，x軸垂直于壩軸線方向，指向下游為正；y軸為豎直方向，指向上為正方向。通過理正軟件進(jìn)行，滲流計算結(jié)果見表2。

根據(jù)滲流計算結(jié)果進(jìn)一步計算分析，可得出該尾礦庫初期壩的浸潤線，2種工況下浸潤線位置分別如圖1和圖2所示。

2.2.2 壩坡抗滑穩(wěn)定性計算。該尾礦庫所在地區(qū)抗震設(shè)防烈度為6度。壩體穩(wěn)定計算分以下3種工況，工況Ⅰ：正常運(yùn)行=正常水位+壩體自重；工況Ⅱ：洪水運(yùn)行=最高洪水位+壩體自重；工況Ⅲ：特殊運(yùn)行=最高洪水位+壩體自重+地震（6度）。壩體材料物理力學(xué)指標(biāo)見表3。

根據(jù)瑞典圓弧條分法理論，采用總應(yīng)力圓弧法進(jìn)行壩坡穩(wěn)定計算。使用理正邊坡穩(wěn)定分析軟件進(jìn)行壩坡的抗滑穩(wěn)定系數(shù)計算與分析。坡面線段數(shù)取5，具體控制參數(shù)見表4。通過計算，其2種工況的穩(wěn)定計算結(jié)果見表5。

表1 浸潤線計算參數(shù)

表2 滲流計算結(jié)果

表3 壩體材料物理力學(xué)指標(biāo)

表4 坡面信息控制參數(shù)表

表5 3種工況壩坡穩(wěn)定計算結(jié)果

圖1 正常水位浸潤線位置示意圖

圖2 最高水位浸潤線位置示意圖

3 計算結(jié)果與分析

3.1 壩體滲流穩(wěn)定分析

根據(jù)2種工況的滲流計算結(jié)果可得，2種工況下的單寬滲流量分別是2.83×10-5、7.94×10-5m3/（s·m），均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于臨界單寬滲流量。由浸潤線計算結(jié)果可知，從上游向下游均呈明顯下降趨勢，到下游溢出口處庫底高差分別為1.275、3.571m，溢出口位置均較低。通過觀察浸潤線位置可知，相對于壩體總高度，壩體浸潤線位置較低。該尾礦庫壩體在2種工況下運(yùn)行均屬于低水位滲流狀態(tài)，滲流量適中，與實(shí)測滲流量基本一致，尾礦庫初期壩可滿足尾礦庫壩體的排滲要求。

3.2 壩坡滲流穩(wěn)定分析

目前，該尾礦庫的等別為五等庫，3種工況下壩坡穩(wěn)定計算的滑動安全穩(wěn)定系數(shù)分別為1.275＞1.15、1.216＞1.05、1.187＞1.00，符合五等庫在各種工況下運(yùn)行期的安全穩(wěn)定系數(shù)值，滿足規(guī)范要求，所以該尾礦庫初期壩壩坡穩(wěn)定。

4 結(jié)語

通過計算分析可知，不同工況下壩體單寬滲流量與浸潤線位置均符合相關(guān)規(guī)范的要求，不同工況下壩坡抗滑穩(wěn)定系數(shù)均滿足對應(yīng)工況下的規(guī)范要求，壩體整體處于安全狀態(tài)。結(jié)合尾礦庫的現(xiàn)狀，印證該方法進(jìn)行尾礦壩壩體穩(wěn)定分析的合理性，該方法進(jìn)行穩(wěn)定計算分析較簡便易行且計算結(jié)果可靠，具有一定實(shí)用性。

［1］王淇，盛建龍，鄧靜.芙蓉坡尾礦庫壩體穩(wěn)定性分析［J］.有色金屬（礦山部分），2012（1）：39-44.

［2］汪曉霖.尾礦庫防洪安全監(jiān)測分析［J］.工業(yè)安全與環(huán)保，2010（6）：59-64.

［3］尾礦設(shè)施設(shè)計參考資料［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1980.

［4］胡良明，李玉濤，胡云鶴，等.塢羅水庫土石壩綜合防滲效果分析［J］.人民黃河，2011（6）：110-111.

［5］廖嗚宇，張立勇，羅榮，等.龍鳳水電站閘基滲流穩(wěn)定分析［J］.人民黃河，2013（9）：114-118.

Calculation and Analysis of Seepage and Slope Stability about the Early Stage Dam of a Tailings Pond

Qiao Lianpeng1Fan Xiangwei2Xie Wei3
（1.Henan Vocational College of Water Conservancy and Environment，Zhengzhou Henan 450000；2.Henan Tite Engineering Techonology Co.Ltd.，Zhengzhou Henan 450000；3.North China University of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou Henan 450000）

Selecting the different conditions,using Lizheng software about analysis of seepage stability and slope sta?bility of tailings pond,the seepage and slope stability of the early stage dam was calculated and analyzed.The results showed that the single wide seepage flow was far less than the allowable discharge of seepage under different condi?tions;The location of the phreatic line was low,which could meet the requirements;All the anti-sliding stability coef?ficient of the dam slope were greater than the stability minimum coefficient corresponding to different conditions, which meet the requirements;The early dam of tailings pond was stable.

tailings pond；seepage calculation；slope stability；permeable rock fill dam；infiltration line

TV139.14

：A

：1003-5168（2017）03-0098-03

2017-02-11

河南省科技攻關(guān)計劃項(xiàng)目（152102110177）；河南省水利科技攻關(guān)計劃項(xiàng)目（GG201533）；《水利工程施工》教學(xué)資源庫建設(shè)及應(yīng)用（ZJB16267）。

喬連朋（1986-），男，碩士，研究方向：水工結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工方面。