酒鋼肅南宏興礦業銅選廠尾礦庫巖土工程勘察

茹昭華

（甘肅省有色金屬地質勘查局張掖礦產勘查院，甘肅 張掖 734000）

本次勘察按詳細勘察階段進行，依據委托方詳勘技術要求及《尾礦堆積壩巖土工程技術規范》（GB50547-2010）和《有色金屬工業巖土工程勘察規范》（GB 51099-2015）規定，查明酒鋼肅南宏興礦業銅選廠尾礦庫場地內地層巖土體分布情況，以及確定各巖土體物理、力學性質指標，為中鋼集團馬鞍山礦院工程勘察設計有限公司對酒鋼肅南宏興礦業銅選廠尾礦庫壩體穩定性分析評價及變更設計工作提供依據[1]。

1 勘查區地形地貌

勘察區地貌為祁連山低中山區，平均海拔約2750m，最高海拔為2830.29m，最低海拔為2713.63m，相對高差116.66m，自然坡度10°～60°，庫區北部、東部為基巖峭壁，南側臨一較大沖溝。沿山坡分布有眾多“V”型侵蝕谷，洪水匯流后經庫區中部及南部較大沖溝自東向西流入北大河。庫區內洪溝無常年地表流水，僅在暴雨季節及春季有暫時性地表徑流。受洪水進一步切割形成了高低不平的谷地、坡地，地形起伏大，坡腳及沖溝兩岸分布有多條直立邊坡。溝谷內堆積大量滾石、卵石、塊石。總體而言，庫區范圍內山高坡陡，溝壑縱橫，地形復雜，植被稀少。

2 場地工程地質條件

（1）地質構造。勘察區區域上位于祁連地槽西段北部，地質構造相當復雜，經歷了多次構造運動，其中以加里東晚期構造運動最強。區內總的構造線方向為北西西向。前震旦紀及早古生代地層多形成緊密的長形褶皺，晚古生代及中新生代地層多形成短軸的開闊的褶皺。斷裂非常發育，具明顯的繼承性，且以北西西向逆沖斷層為主。

區域主要斷裂構造為F1、F2 斷裂，F1 斷層位于勘察區北東部約8km，為沖斷層，總體走向310°，傾角50°，F2 斷層位于勘察區西南部約6km，為沖斷層，總體走向310°，傾角60°，F1、F2 斷層距勘察區距離較遠，遠遠超出建筑安全避讓距離。勘察區內未發現斷裂構造。

（2）地層巖性。據勘探揭露，場地內巖土類型如下：①素填土：土黃色，以角礫為主，最大粒徑約100mm，為人工堆填子壩，堆填期大于5 年，夾有粗砂、卵石、粉土等，均勻性差，壓縮性中等，密實度中等。②角礫：分布于庫區中部沖溝及山坡沖溝內。土黃色，干燥-稍濕，中密-密實，以角礫為主，粒徑大于2mm的顆粒含量占50%～65%，一般粒徑2mm ～20mm，最大粒徑50mm，表層分布有滾石、碎石。顆粒成分以火成巖、變質巖為主，多成片狀及菱角狀，磨圓度較差，級配不良，粉粒及粘粒充填。③尾粉土，稍濕狀為棕褐色，干狀為青灰色，遇水具有粘聚性，切面較光滑，稍有光澤，干狀態下呈粉土狀。偶見較大塊石夾雜。

（3）不良地質作用。經本次勘察，地層中無軟弱土層和鹽漬土等分布；勘察區場地上也未發現坑、穴等；根據區域地質資料，場地周邊無活動性斷層存在；本區不是巖溶區，無巖溶發育；場地及周邊未見明顯不良地質作用，本場地適合工程建設。

（4）場地地震效應。根據《建筑抗震設計規范》(GB50011—2010，2016版)及《中國地震動參數區劃圖》（GB18306－2015），勘察區隸屬張掖市肅南裕固族自治縣祁青鄉，本區抗震設防烈度為Ⅷ，地震動峰值加速度為0.2g，反應譜特征周期為0.4s。根據擬建場地地質、地形、地貌等，經判別本場地屬對工程抗震一般地段。

（5）場地土凍脹性。勘察場地在冬季氣候較寒冷，本區標準凍土深度為－1.40m，現狀均為季節性凍土，無多年凍土分布，根據《建筑地基基礎設計規范》（GB50007—2011）地基土的凍脹性分類表，并結合勘察場地內地下水埋藏條件及巖土層特性分析，場地內角礫天然含水率13.4%～19.5%，平均值15.4%，具有弱凍脹性，素填土天然含水率12.3% ～14.5%，平均值13.77%，具有弱凍脹性，尾粉土天然含水率9.5%～14.3%，平均值11.18%，為不凍脹土[2]。

3 場地土的力學性質

（1）壓縮性評價。為評價勘察場地內素填土、角礫和尾粉土的壓縮性，勘察中在9 個勘探孔中采取15 組擾動樣，經室內篩除粗顆粒，重塑后進行試驗，結果顯示地基土的壓縮性按p1為100kPa，p2為200kPa 時的壓縮系數值a1-2劃分為低、中、高壓縮性，按以下規定進行劃分：＜1 ＞當a1-2＜0.1MPa-1時，為低壓縮性土；＜2 ＞當0.1MPa-1≤a1-2＜0.5MPa-1時，為中壓縮性土；＜3 ＞當a1-2≥0.5MPa-1時，為高壓縮性土。綜上所述，素填土和角礫為低壓縮性土，尾粉土為中等壓縮性土。

（2）場 地 土 的 剪 切 指 標。勘 察 中 在ZK2、ZK3、ZK4、ZK5、ZK7、ZK8、ZK10、ZK11、ZK16 號 孔 內 采 取15 組 擾 動樣，經室內篩除粗顆粒，重塑后進行剪切試驗，試驗結果顯示，場地內角礫粘聚力21.0kPa ～28.0kPa，平均值23.67kPa，內摩擦角30.2°～52.5°，平均值40.4°；尾粉土粘聚力41.8kPa ～139.2kPa，平均值69.28kPa，內摩擦角47.1°～27.8°，平均值37.48°；素填土粘聚力13.4kPa ～87.0kPa，平均值42.58kPa，內摩擦角21.0°～43.4°，平均值29.07°。

4 水土的腐蝕性評價

（1）場地環境類型劃分。依據《巖土工程勘察規范》（GB50021-2001，2009 年版）附錄G 進行判別，勘察區屬高寒區，場地環境地質條件符合高寒區弱透水層中的地下水，環境類型按Ⅱ類環境考慮[3]。

（2）地下水腐蝕性評價。勘察范圍內僅ZK1 鉆孔見地下水，地下水埋深3.30m，同時溝谷中有地表水，為評價地下水、地表水對建筑材料的腐蝕性，采取1 組地下水和1 組地表水水質全分析試樣，室內進行水化學全分析實驗。實驗結果表明，地下水對混凝土結構具有微腐蝕性；在干濕交替的條件下，地下水對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具有微腐蝕性。

5 場地地震地質條件及地震效應

本區抗震設防烈度為Ⅷ，地震動峰值加速度為0.20g，反應譜特征周期為0.40s。場地土類型素填土和尾粉土為中軟場地土，角礫為中硬場地土，場地類別屬于Ⅱ類。本場地屬對建筑抗震一般地段。根據場地土性質和地下水埋藏條件，本場地不會發生地震液化。

6 初期壩壩體現狀穩定性分析

（1）壩肩穩定性分析。根據周邊地形地貌條件，以及各結構面組合關系對兩壩肩巖體邊坡穩定性評價如下：①初期壩筑壩時首先清除壩基和壩肩風化層，堆筑后分層填筑密實，每層鋪實厚度不大于500mm，用機械振動碾壓2 遍～3 遍（或夯實）。采用角礫堆積，左、右壩肩嵌入山體，與山體相銜接，自然狀態屬穩定的形式。②初期壩庫區內采用尾粉土堆砌，堆積尾粉土屬中密狀態，自然狀態屬穩定的形式。

（2）壩基穩定性分析。根據此次勘察及參考前期勘察《鏡鐵山礦銅鐵選礦工程銅選廠尾礦庫巖土工程勘察報告》，初期壩壩基嵌固于角礫層中，承載力特征值fak=260Kpa，本次勘察在初期壩位置未揭露地下水，說明初期壩浸潤線低于壩基高度，壩基相對較穩定。

（3）壩體穩定性分析。初期壩壩長333.8m，壩高34.0m，壩頂寬5.0m，壩型為碾壓透水土石壩，現壩體為不透水壩型。每10m壩高設置一道寬2m 馬道，在2760.0m 馬道和2770.0m 馬道之間有一條寬5.5m 的上壩公路通過。初期壩上、下游坡比均為1：2.0，內外坡鋪設0.5m 厚干砌石護坡，筑壩土石料為角礫。根據現場鉆探及調查分析，初期壩總體處于穩定狀態，但初期壩壩高已快達到設計容許壩高，應注意加強監測，防止尾粉土庫超載，以免發生不必要事故，宜盡快進行加高擴容設計。另外根據《中國地震動參數區劃圖》（GB18306－2015），庫區所在的張掖市肅南裕固族自治縣祁青鄉的抗震設防烈度為8°，設計基本地震加速度值為0.20g，第二組，地震作用綜合系數0.4，尾礦庫原設計采用的《中國地震動參數區劃圖》（GB18306－2001）中數據已不再適用，宜盡快進行變更設計。

7 建議

（1）根據庫區內實際情況，初期壩壩高已接近設計容許壩高，應時時注意加強監測，防止超載，宜盡快進行加高擴容設計，并應對初期壩體進行必要加固處理，以免發生不必要事故。

（2）根據《中國地震動參數區劃圖》（GB18306 － 2015），庫區所在的張掖市肅南裕固族自治縣祁青鄉的抗震設防烈度為8°，設計基本地震加速度值為0.20g，第二組，地震作用綜合系數0.4，尾礦庫原設計采用的《中國地震動參數區劃圖》（GB18306－2001）中數據已不再適用，建議盡快進行變更設計。

（3）堆場尾礦的排放管理是堆場安全運行的關鍵，建議堆場正常運行時，采取壩前排放方式，使粗顆粒在壩前堆積。

（4）建議加強對堆場及尾礦壩內浸潤線的長期觀測，并應設置變形觀測點，進行必要的變形觀測。加強日常巡查工作，發現問題及時匯報、處理。