某銅礦二期排污壩穩定性分析

周雄超 劉波 張道長

（浙江建輝礦建有限責任公司 溫州 253800）

0 前言

某銅礦二期擴建工程中，建于湖底淤泥之上的污水調節庫攔污壩在接近竣工完成之時。由于湖底淤泥強度極低、孔隙比高、施工處理困難，攔污壩采用排水固結筑壩，在施工過程中多次出現不利于壩體穩定的裂縫。目前采用最廣泛的極限平衡分析法對攔污壩穩定性計算分析，得出攔污壩的穩定性狀態。在此基礎上采用FLAC-3D數值模擬對攔污壩的破壞模式進行分析，提出了確保湖底淤泥達到固結要求，以及對攔污壩進行了中部馬道加寬的建設性意見，確保了二期擴建攔污壩的順利完工，為礦山的延續開采，提高綜合經濟效益和社會效益做出了一定的貢獻。

1 剖面圖及參數計算

根據現場勘探與室內試驗結果，得到六個地質剖面。選取2-2剖面和5-5剖面為計算剖面，并采用實際工程地質剖面，基本可以反映壩體的真實情況。

通過鉆探獲取現場各種土樣，并分析土樣的物理力學性質。根據室內試驗結果，并結合類似材料的經驗值綜合考慮，確定本次穩定性計算分析采用的土性參數指標見表1，計算取值較試驗結果偏小，以保證一定的安全儲備。

表1 壩體穩定性分析采用的土性指標

21 26 35 17 15第四系全新統坡洪積相礫砂志留系強風化粉砂層人工夯填土人工干砌塊石層礫石土料18 20 24 26 25 9 28 50 8 11

2 攔污壩穩定性計算

攔污壩施工過程中對壩體上游部分鋪設了防滲膜，因此，攔污壩穩定性計算分析中，主要考慮了兩種運行情況，一是大壩處于自然狀態，不考慮上下游的水壓力作用；二是廢石場堆載完成后，上游水位上升，大壩受到水壓力作用，上游水位為設計高程+24.5m，下游水位為湖面自然高程+15m。分別用Bishop法、Janbu法、余推力法分析攔污壩的穩定性，不考慮地震作用產生荷載對壩體的影響。

運用上述確定的計算剖面和計算參數，分別用Bishop法、Janbu法、余推力法分析1#攔污壩的穩定性，不考慮地震作用產生荷載對壩體的影響，共進行了兩個剖面兩種工況條件下共44種計算方案的分析工作。

計算結果表明利用Janbu法計算得出的安全系數最小，Bishop計算得出的結果最大，根據規范要求，粗顆粒堆積的壩體在進行穩定性判斷時，以余推力法為主，參考其他幾種計算方法的分析結果。隨著固結度的增加，壩體的安全系數也逐漸增加，根據實驗結果，壩底湖泥基本達到完全固結，考慮淤泥達到固結要求，兩種工況下各種計算方法計算得到的安全系數均大于1.30，壩體處于穩定狀態，不會產生滑移破壞，符合壩體的長期安全要求。

攔污壩5-5剖面采取上游壩腳加寬反壓平臺后，使得壩體的破壞滑動面均處于下游，上游壩體安全系數得到了提高，在自然狀態工況下5-5剖面的穩定計算分析安全系數略高于2-2剖面，而在受到水壓力作用工況下，由于兩側水壓力差，使得5-5剖面的穩定計算分析安全系數低于2-2剖面。

壩體各剖面在受到水壓力作用下的安全系數大于壩體自然狀態下的安全系數，且超過了1.4，處于穩定狀態，不會產生滑移破壞。

攔污壩壩體筑壩完成后，如果湖底淤泥完全未固結，則壩體的安全系數很低，遠遠不能達到壩體穩定要求，在湖底淤泥固結達到60%以上，兩種工況下壩體安全系數均達到1.0以上。

3 攔污壩破壞模式分析

利用FLAC軟件對建立的模型進行數值計算與模擬分析，本次數值分析模型是在穩定性分析的剖面基礎上建立的，分析攔污壩的穩定性。計算過程中，幾種材料的參數取值上述穩定性分析相同。

計算結果顯示，利用強度折減法計算出的安全系數與用極限平衡法算出的結果相近，具有一定的可比性。二者方法計算出的滑動面均沿壩頂產生深層滑動面，影響壩體的整體安全；強度折減法計算出的安全系數略小于極限平衡法計算出來的安全系數，強度折減法所計算出的滑動面更能接近大壩的真實滑動面，與實際大壩發生深層滑動的現場相一致。

在壩體5-5剖面附近發生的壩體兩次滑移過程，系壩體在施工過程中，壩底湖泥未達到固結要求，施工過程過快，導致壩體整體安全系數未達到要求，進而壩體產生深層滑移破壞。在壩體上游側進行了馬道前側加寬，有效地改善了壩體沿上游滑動面安全系數。

4 結論

（1）攔污壩穩定性分析表明，隨著固結度的增加，壩體的安全系數也逐漸增加。考慮淤泥達到固結要求，兩種工況下各種計算方法計算得到的安全系數均大于1.30，壩體處于穩定狀態，不會產生滑移破壞，符合壩體的長期安全要求；

（2）在攔污壩壩體筑壩完成后，如果湖底淤泥完全未固結，則壩體的安全系數很低，遠遠不能達到壩體穩定要求，在湖底淤泥固結達到50%以上，壩體安全系數達到1.0以上，最終在攔污壩施工完成后，確保了湖底淤泥達到固結要求；

（3）針對攔污壩的穩定性分析，以及破壞模式分析的基礎上，盡可能地保證攔污壩的穩定性。結合攔污壩東側加寬馬道的經驗，對攔污壩進行了中部段按5-5剖面對應進行馬道加寬。最終確保了壩體的穩定性，二期的擴建工程得以順利完成。