Autobank軟件在哈密焱鑫銅業土屋銅礦尾礦庫技改工程穩定計算中的應用

方星燃

（新疆有色冶金設計研究院有限公司,新疆烏魯木齊 834600）

0 概述

我國是一個工業大國，礦產資源總量豐富，近些年礦產資源的開發為我國經濟發展作出了重大貢獻。隨著國際金屬價格的不斷攀升，我國金屬非金屬礦產的開發力度也逐漸加大。對礦產資源的開發和利用大幅度提升，新建礦產的規模也呈逐年上升狀態。而隨著礦產資源的開發，以“礦渣”狀態排出的尾礦也逐年增加。于是尾礦庫也隨著礦產資源的開發開始大規模新建。為提高尾礦庫的安全運行水平，2021 年九月我國開始實施新版《尾礦庫安全規程》（GB39496-2020）。新標準對新建尾礦庫的等級、筑壩方式均作出條件限制。2020年三月應急管理部等聯合印發了《防范化解尾礦庫安全風險工作方案》，自2020 年起，在保證緊缺和戰略性礦產礦山正常建設開發的前提下，全國尾礦庫數量原則上只減不增，不再產生新的“頭頂庫”。

隨著各項監管政策的日趨收緊，各企業為保證經營利潤，降低尾礦處理成本，尾礦庫的規模等級呈放大趨勢。

對于設計人員來說單一尾礦庫等級提高后勢必增加設計難度及穩定驗算的工作量。在設計過程中Autobank 軟件是針對水利行業設計要求而開發的分析軟件，可對大壩、涵洞、水閘、渠首等構筑物進行穩定分析。而尾礦專業由于專業較為特殊目前市場上暫無針對尾礦專業而單獨開發的相關計算軟件。因此將類似的水利行業計算軟件應用到與之類似尾礦行業是有一定必要性的。

本文利用Autobank 軟件對尾礦壩進行了滲流分析計算、穩定性驗算。將滲流計算結果等參數導入穩定計算模型后進行計算，驗證了尾礦庫壩體的安全穩定性。

1 工程模型介紹

本項目計算模型為哈密焱鑫銅業土屋銅礦尾礦庫，原設計初期壩壩頂高程為593.0m，壩基高程為574.0m，壩高為19.0m，壩頂寬度為5.5m，壩長2216m，上游側邊坡為1:1.8，下游側邊坡為1:2.0。技改設計采用采礦廢石筑壩，子壩共為8 級，最終堆積壩頂標高為633.0m，最終堆積壩高40m，總壩高59m，技改后尾礦庫等級為三等庫。

由于本項目為技改工程，計算以已建設壩體593.0m標高以下為初期壩，593以上部分為碎石加高壩體。在建立模型的過程中除根據浸潤線進行分區輸入物理參數外還應根據已建成壩體與即將建成壩體進行分區參數輸入。

2 模型建立過程

2.1 模型建立要點

為保證計算的準確性，滲流計算穩定計算采用同一計算模型。首先在AutoCad 中將壩體各參數繪制成圖，主要要素為各不同界面的土層物理學參數、節點坐標（相對）、水位關系。將繪制好的圖形文件導出為.dxf 格式后導入Autobank 軟件。在Autobank中重新核對各坐標點是否有誤，Autobank 識別Auto-Cad創作的圖元有一定概率出錯，應在Autobank中重新進行校正。

2.2 提高模型精度的措施

Autobank 軟件計算前要求將模型劃分為若干單元。為提高模型精度應盡可能保證每個單元的形狀規則，內角不應相差太多，軟件計算邏輯為內角大于180°均視為非法。在求解區域的凹角處應布置較多的單元，才可以準確的反應該處的應力＼應變水利坡降等要素。同時軟件支持將復雜區塊劃分為四邊形單元，但在實際的設計工作中由于尾礦庫初期壩與堆積壩整體建模，尺寸較大，劃分為四邊形單元拼接工作量較大，因此本文認為根據軟件自動網格劃分（三角形單元）在尾礦庫設計中是合適的。

2.3 邊界條件的確定

由于前期已經進行了滲流分析，只需將不同水位下滲流分析的計算結果分別輸入模型逐一計算即可得到不同工況下的穩定分析結果。在確定邊界條件時軟件可直接輸入水面線的高程Y 坐標，根據標高繪制邊界線。有限元的邊界條件實際上是賦予每個邊界上的單元節點的，邊界線為一條折線（PL線），凡是與此線重合的單元節點程序均認為受此邊界條件的作用，否則認為不受作用，因此邊界線應沿求解區域的單元邊界繪制，防止區域邊界轉折的地方出現漏點。

由于本項目在安全設施設計中為保證浸潤線埋深采取了增加排滲管的工程措施，因此在邊界條件輸入時應根據設計的排滲管坐標逐一輸入“hole”模型點，檢查時可根據浸潤線與“hole”點交叉時的坡降判斷該點的作用效果。

3 模型計算

3.1 計算參數

根據企業目前實測資料，現有尾礦庫沉積灘平均坡度為1%，設計沉積灘坡度按1%設計，澄清距離計算長度為213m。土層（部分）及筑壩材料相關參數采用地質勘查報告中參數，其中浸潤線以下部分采用水下參數。

3.2 計算結果

根據AutoBank7.07 程序進行滲流計算，結果如下：

3.3 計算結果分析

分別采用軟件的畢肖普法和瑞典圓弧法計算。在不同工況下均滿足規范要求。由于畢肖普法在模型計算時考慮了土條間的作用力因此計算出的安全系數要略高于瑞典圓弧法，軟件計算后的結果與理論推導一致。其不同工況下的計算結果簡圖見圖1～圖4。

圖1 特殊工況下畢肖普法穩定驗算結果

圖2 特殊工況下瑞典圓弧法穩定驗算結果

圖3 臨界最高洪水位工況下畢肖普法穩定驗算結果

圖4 臨界最高洪水位工況下瑞典圓弧法穩定驗算結果

4 結論

通過整體建模分析計算了尾礦壩的安全性，且計算結果準確。軟件可僅輸入一個模型，采用不同的工況和不同的計算方案進行計算分析，可極大的提高設計人員的工作效率。

本項目所采用計算模型的實際工程為土屋銅礦尾礦庫初期壩及堆積壩，目前土屋銅礦尾礦庫已竣工投產使用，通過對壩體上位移監測、浸潤線監測所采集的數據進行分析可知尾礦庫運行良好。通過實際運用可以看出AutoBank 軟件在尾礦庫設計中穩定驗算分析部分具有建模準確，可視化強、效率高的優點。