某尾礦壩不同庫(kù)水位對(duì)浸潤(rùn)線(xiàn)影響的研究

摘? 要：采用快速拉格朗日分析法FLAC軟件模擬了壩體標(biāo)高334m時(shí)在低水位、正常水位、洪水位運(yùn)行工況下的滲流場(chǎng)變化規(guī)律，得出了尾礦壩不同庫(kù)水位對(duì)浸潤(rùn)線(xiàn)影響的規(guī)律。

關(guān)鍵詞：尾礦壩;快速拉格朗日分析;滲流場(chǎng);浸潤(rùn)線(xiàn)

尾礦庫(kù)（壩）是礦山重要的生產(chǎn)設(shè)施，也是重要的危險(xiǎn)源，國(guó)內(nèi)外尾礦庫(kù)的重大事故時(shí)有發(fā)生，對(duì)下游居民的生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅，也將給企業(yè)帶來(lái)不可估量的損失，在社會(huì)上造成極壞的影響^[1-3]，做好尾礦壩的安全管理工作，提高壩體穩(wěn)定性尤為重要。在庫(kù)水位一定時(shí)，壩體橫剖面上穩(wěn)定滲流的自由水面線(xiàn)（或滲流頂面線(xiàn)）叫浸潤(rùn)線(xiàn)，它是影響尾礦壩壩體安全穩(wěn)定性的一個(gè)重要因素，是控制著尾礦壩正常運(yùn)營(yíng)的生命線(xiàn)^[4]。提高排水口的排泄能力，可以有效降低尾礦庫(kù)庫(kù)內(nèi)水位高程和增大庫(kù)內(nèi)水邊線(xiàn)與壩頂之間的相對(duì)距離，這樣可以達(dá)到降低壩體浸潤(rùn)線(xiàn)，但是在暴雨期，大的徑流流入時(shí)，控制尾礦庫(kù)庫(kù)內(nèi)水對(duì)地下水位的影響是很難做到的，本文主要利用快速拉格朗日分析（FLAC）軟件通過(guò)對(duì)地下水滲流場(chǎng)的計(jì)算，模擬出尾礦壩地下水的變化情況，這樣將有助于尾礦庫(kù)的安全生產(chǎn)與管理。

一 基本假定

根據(jù)某尾礦壩的場(chǎng)地條件及筑壩的特點(diǎn)，對(duì)尾礦壩滲流場(chǎng)的計(jì)算分析作以下假定：

1、為了能更好地反映壩體的整體穩(wěn)定性，計(jì)算中將部分薄層透鏡體與周?chē)翆舆M(jìn)行了適當(dāng)?shù)暮喜ⅲ裕瑢?duì)某尾礦壩的土層劃分為基巖、初期壩、子壩、尾粉細(xì)砂、尾粉土、粘土;

2、某尾礦壩土層中的地下水滲流運(yùn)動(dòng)的規(guī)律符合達(dá)西定律。

二 網(wǎng)格劃分和邊界條件

（一）網(wǎng)格劃分

根據(jù)尾礦壩現(xiàn)狀的幾何形狀和尺寸，對(duì)某尾礦壩進(jìn)行了有限差分網(wǎng)格劃分及監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布見(jiàn)圖1。

（二）邊界條件

某尾礦壩滲流場(chǎng)計(jì)算模型的左右邊界以尾礦壩上下限為界，底部向下取到260m高程，底部邊界在x和y方向的運(yùn)動(dòng)固定，左右邊界在x方向的運(yùn)動(dòng)固定，右邊界和底部基巖按照不透水考慮。

三 計(jì)算工況

本次計(jì)算主要考慮低水位（60m）、正常水位（65m，即安全超高10m）、洪水位（74.3m，即安全超高0.7m）三種工況。

四 計(jì)算結(jié)果

從某尾礦壩不同庫(kù)水位的孔隙水壓力變化云圖來(lái)看：不同的庫(kù)水位主要影響尾礦壩上游部分的孔隙水壓力的變化，隨著庫(kù)水位的降低，尾礦壩上游部分的孔隙水壓力也跟著降低。根據(jù)有效應(yīng)力原理可以知道，孔隙水壓力減小（降低），有效應(yīng)力就增大，而有效應(yīng)力增大有利于提高尾礦材料的抗剪強(qiáng)度，從而有利于尾礦壩壩體的穩(wěn)定性。而對(duì)尾礦壩中下游部分來(lái)說(shuō)，水位的高低對(duì)孔隙水壓力的變化影響不大。不同庫(kù)水位導(dǎo)致孔隙水壓力的變化，從而也使飽和區(qū)與非飽和區(qū)的分布發(fā)生了變化。

隨著庫(kù)水位的降低，壩體上游部分的飽和區(qū)范圍減小，非飽和區(qū)范圍增大，非飽和區(qū)的增大有利于壩體的穩(wěn)定;而對(duì)尾礦壩中下游部分來(lái)說(shuō)，水位的高低對(duì)飽和區(qū)與非飽和區(qū)的變化影響不大。

由于飽和區(qū)與非飽和區(qū)的分界線(xiàn)為潛水自由水面，而潛水自由水面與壩體橫剖面的相交線(xiàn)為壩體浸潤(rùn)線(xiàn)，所以進(jìn)而得出不同庫(kù)水位與浸潤(rùn)線(xiàn)的關(guān)系，即隨著庫(kù)水位的降低，壩體上游部分的浸潤(rùn)線(xiàn)位置也降低，浸潤(rùn)線(xiàn)越低對(duì)壩體穩(wěn)定性越好。

五 結(jié)語(yǔ)

為確保尾礦庫(kù)的安全穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)，那么進(jìn)行預(yù)測(cè)尾礦庫(kù)滲流場(chǎng)的變化規(guī)律是非常重要的。通過(guò)進(jìn)行數(shù)值模擬可以預(yù)測(cè)到尾礦庫(kù)滲流場(chǎng)的變化規(guī)律，為防止尾礦壩產(chǎn)生滲流變形和壩面溢出提供依據(jù)，為工程設(shè)計(jì)和管理運(yùn)營(yíng)提供依據(jù)。根據(jù)數(shù)值模擬計(jì)算可以得到以下結(jié)論：

（一）尾礦壩在各種工況下的浸潤(rùn)線(xiàn)位置按由高到低排列為洪水位、正常水位、低水位，說(shuō)明降低庫(kù)水位有利于降低浸潤(rùn)線(xiàn)的位置。

（二）降低庫(kù)水位對(duì)于尾礦壩上游浸潤(rùn)線(xiàn)位置的降低有效果，但對(duì)中下游浸潤(rùn)線(xiàn)的位置卻影響不大，這是由于中下游浸潤(rùn)線(xiàn)除了受到庫(kù)水位的影響外，還與土層分界有關(guān)，如果只改變庫(kù)水位，而不改變土的分層界限，那么中下游浸潤(rùn)線(xiàn)的位置改變就不明顯了。

（三）為了提高壩體的穩(wěn)定性，建議在尾礦壩日常管理過(guò)程中注意控制尾礦庫(kù)的水位，保證尾水回收利用下，合理安排排水設(shè)施，盡量降低庫(kù)水位，提高壩體的穩(wěn)定性，保障尾礦庫(kù)（壩）的安全穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)。

參考文獻(xiàn)

[1]? 徐宏達(dá).我國(guó)尾礦庫(kù)病害事故統(tǒng)計(jì)分析[J].工業(yè)建筑， 2001，31 （1）：69-71

[2]? 胡明鑒，陳守義.郭愛(ài)國(guó)等.某上游法尾礦壩抗滑穩(wěn)定性淺[J].巖土力學(xué)，2003，32（2）44—46.

[3]? 魏勇，許開(kāi)立，鄭欣.淺析國(guó)內(nèi)外尾礦壩事故及原因[J].金屬礦山，2009，397（7）：139-142

[4]? 衛(wèi)修保等 尾礦工[M].北京市：氣象出版社，2002，【ISBN號(hào)】7-5029-3381-6

[5]? 何仕朝.某尾礦壩滲流計(jì)算及地震動(dòng)力響應(yīng)分析[D].長(zhǎng)安大學(xué)2013

作者簡(jiǎn)介：何仕朝， 男， 廣西南寧， 1986年10月，碩士，助教，研究方向：工程造價(jià)，建筑施工。