淺析尾礦庫(kù)巖土勘察技術(shù)與壩體的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

賈貴毓　羅俊

（江西省建筑設(shè)計(jì)研究總院　江西　南昌　330000）

淺析尾礦庫(kù)巖土勘察技術(shù)與壩體的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

賈貴毓羅俊

（江西省建筑設(shè)計(jì)研究總院江西南昌330000）

作為礦山中較大危險(xiǎn)源，尾礦庫(kù)近年來(lái)發(fā)展過(guò)程中要求注重采用巖土勘查技術(shù)并科學(xué)評(píng)價(jià)壩體穩(wěn)定性。尤其針對(duì)尾礦庫(kù)運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題，其穩(wěn)定性狀況對(duì)尾礦庫(kù)安全具有極大的影響。這就要求在利用巖土勘察技術(shù)過(guò)程中注重結(jié)合現(xiàn)代鉆探技術(shù)、工程物探技術(shù)以及坑探技術(shù)等，并從其物理力學(xué)性質(zhì)角度以及滲流特征等方面進(jìn)行穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)，確保尾礦庫(kù)能夠安全運(yùn)行。本文主要對(duì)尾礦庫(kù)的基本概述、尾礦庫(kù)巖土工程勘察技術(shù)分析以及尾礦壩壩體滲流與抗滑兩方面穩(wěn)定性進(jìn)行探析。

尾礦庫(kù)；巖體勘察技術(shù)；壩體穩(wěn)定性

前言

從我國(guó)當(dāng)前尾礦壩的現(xiàn)狀分析，其多以上游式尾礦筑壩呈現(xiàn)，極易出現(xiàn)穩(wěn)定性問(wèn)題。特別其中涉及的抗滑與滲流穩(wěn)定性很大程度上影響尾礦庫(kù)的安全，對(duì)此現(xiàn)狀充分利用當(dāng)前巖土勘察技術(shù)并做好壩體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)工作，以促進(jìn)尾礦庫(kù)的可靠運(yùn)行。因此對(duì)巖土勘察技術(shù)在尾礦庫(kù)中的應(yīng)用以及壩體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)分析具有十分中用的意義。

1　尾礦庫(kù)的基本概述

研究尾礦庫(kù)過(guò)程中，首先需提及尾礦的概念，其具體指為從金屬礦山或非金屬礦山中進(jìn)行精礦選取后所遺留的廢渣，不僅在數(shù)量上比較龐大，而且其中存在的有害成飛也極易造成環(huán)境污染以及河道淤塞的情況。因此，通過(guò)在谷口處進(jìn)行壩體的構(gòu)建或采用圍地的方式構(gòu)建尾礦排放的場(chǎng)所，即尾礦庫(kù)。常見(jiàn)的尾礦庫(kù)主要由回水系統(tǒng)、排洪系統(tǒng)以及對(duì)村系統(tǒng)等構(gòu)成。而在類(lèi)型上又表現(xiàn)為谷型尾礦庫(kù)、傍山型尾礦庫(kù)、平地型尾礦庫(kù)以及戴河型尾礦庫(kù)。其中谷型尾礦庫(kù)主要指通過(guò)筑壩在山谷谷口所形成的尾礦庫(kù)，如常見(jiàn)的大中型尾礦庫(kù)均為谷型尾礦庫(kù)；傍山型尾礦庫(kù)形成過(guò)程中通常采用依山筑壩的方式，多集中在低山丘陵地區(qū)；平地型尾礦庫(kù)筑壩過(guò)程中主要集中在沙漠或平原地帶；而戴河型尾礦庫(kù)所采取的筑壩方式主要為河床的上下端截取，但這種方式難以進(jìn)行維護(hù)管理，在我國(guó)比較少見(jiàn)[1]。圖1所示為國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的谷型尾礦庫(kù)。

圖1　

2　尾礦庫(kù)巖土工程勘察技術(shù)分析

以華北地區(qū)某鐵礦尾礦庫(kù)為為例進(jìn)行勘查技術(shù)應(yīng)用的具體分析，其尾礦庫(kù)運(yùn)行過(guò)程中的設(shè)施主要包括初期壩與尾礦堆積壩以及回水與排洪設(shè)施。其中初期壩不存在塌陷與鼓脹現(xiàn)象，但在壩底出常滲出少量水。在通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)踏勘中，測(cè)量尾礦堆積壩的壩高為46m，壩頂高程約為320m，水深控制約為15m，而外坡比為1：1.86，由此可分析其輪廓尺寸的設(shè)計(jì)能夠滿足要求，不存在滑坡或裂縫等現(xiàn)象，運(yùn)行較為正常。在回水系統(tǒng)與排洪系統(tǒng)中采用的方式主要以排水斜槽方式為主，其適合該庫(kù)區(qū)的地形特征。而在區(qū)域自然地理情況中發(fā)現(xiàn)，庫(kù)區(qū)自然地理環(huán)境表現(xiàn)為降雨季節(jié)比較集中，地質(zhì)情況較為穩(wěn)定，所以采用谷型尾礦庫(kù)。

2.1勘察技術(shù)應(yīng)用的方案設(shè)計(jì)

根據(jù)該區(qū)尾礦庫(kù)特征，在應(yīng)用勘察技術(shù)過(guò)程中首先進(jìn)行勘察方案的設(shè)計(jì)。其具體包括勘察的目的、工作方式以及工作量等方面內(nèi)容。其中勘察的目的主要為對(duì)當(dāng)前尾礦庫(kù)壩體穩(wěn)定性進(jìn)行分析，并根據(jù)其中影響壩體穩(wěn)定性的因素提出針對(duì)性的解決策略，以此為尾礦庫(kù)的環(huán)境與安全方面的評(píng)價(jià)提供可供參考的依據(jù)。而勘察方式所選擇的主要利用現(xiàn)代鉆探技術(shù)以及包括靜力觸探以及標(biāo)準(zhǔn)貫入在內(nèi)的原位測(cè)試方式。根據(jù)具體勘測(cè)要求規(guī)定，完成勘察工作量。

2.2巖土工程勘察技術(shù)的具體應(yīng)用

應(yīng)用巖土工程勘察技術(shù)過(guò)程中，采用的鉆探方式主要將地下水位以下的泥漿護(hù)壁回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)與地下水位以上螺紋鉆桿鉆相結(jié)合，并對(duì)原狀尾礦砂試樣。但此時(shí)為保證尾礦砂密實(shí)度的評(píng)價(jià)更為準(zhǔn)確，應(yīng)利用到原位測(cè)試方式中的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。在分析尾礦砂滲透系數(shù)中所采取的方式主要為單環(huán)法，而評(píng)價(jià)建筑材料受尾礦水影響中利用的主要為尾礦水試樣分析。根據(jù)相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)所采取的尾礦土與尾礦砂等做好試驗(yàn)工作以使其物理力學(xué)性質(zhì)得以正確評(píng)價(jià)，并為壩體的抗滑穩(wěn)定性與滲流穩(wěn)定性評(píng)價(jià)提供依據(jù)。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果將尾礦材料可具體概括為尾粉質(zhì)粘土、密實(shí)狀態(tài)的層尾粉細(xì)砂以及較為松散的層尾粉細(xì)砂。同時(shí)，試驗(yàn)過(guò)程中所測(cè)的的初期壩在物理力學(xué)指標(biāo)經(jīng)驗(yàn)值上主要表現(xiàn)為以22.0kN/m3重力密度、2kPa與37°的抗剪強(qiáng)度以及0.01cm/s的滲透系數(shù)。而對(duì)尾礦堆積壩采用原位測(cè)試的勘察技術(shù)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)隨深度的增加，尾礦砂的密度呈逐漸上升趨勢(shì)。在踏勘過(guò)程中由于存在壩底滲水的現(xiàn)象，對(duì)此應(yīng)用勘察技術(shù)過(guò)程中利用鉆孔方式對(duì)水位進(jìn)行實(shí)測(cè)，發(fā)現(xiàn)放礦過(guò)程中尾礦堆積水位呈升高趨勢(shì)，而且受交錯(cuò)層理影響，使含水層滲透型在水平方向表現(xiàn)極大，由此出現(xiàn)水下滲情況。因此通過(guò)鉆探技術(shù)以及包含標(biāo)準(zhǔn)貫入與靜力觸探方式在內(nèi)的原位測(cè)試方法相結(jié)合的勘察技術(shù)能夠?qū)⑽驳V堆積材料的性質(zhì)、沉積規(guī)律以及滲流特征進(jìn)行分析[2]。

3　尾礦壩壩體抗滑與滲流穩(wěn)定性分析

尾礦庫(kù)的穩(wěn)定運(yùn)行及尾礦庫(kù)下游人們生產(chǎn)生活多受壩體穩(wěn)定性影響，尤其近年來(lái)國(guó)內(nèi)外頻發(fā)的尾礦壩潰壩現(xiàn)象也成為社會(huì)關(guān)注的重要內(nèi)容。在實(shí)際分析壩體穩(wěn)定性過(guò)程中需以當(dāng)前相關(guān)技術(shù)規(guī)范為標(biāo)準(zhǔn)，將洪水運(yùn)行以及尾礦庫(kù)運(yùn)行比較正常的情況下，對(duì)處于靜力狀態(tài)下的抗滑與滲流穩(wěn)定性進(jìn)行分析，以此實(shí)現(xiàn)綜合評(píng)價(jià)壩體的整體穩(wěn)定性。

3.1對(duì)壩體抗滑穩(wěn)定性的分析

在分析尾礦壩壩體穩(wěn)定性過(guò)程中需引用相應(yīng)的理論方式如瑞典條分法、Bisop法。例如，當(dāng)尾礦壩壩體保持在圓弧形滑裂面狀態(tài)下，對(duì)壩體靜力狀態(tài)下尾礦庫(kù)內(nèi)的最高洪水位標(biāo)高315.3m以及當(dāng)前水位標(biāo)高314m條件下的抗滑安全洗漱進(jìn)行計(jì)算，能夠判斷尾礦堆積壩體存在局部不穩(wěn)定的情況，但不會(huì)對(duì)整體滑坡的穩(wěn)定性造成影響。

3.2對(duì)壩體滲流穩(wěn)定性的研究

現(xiàn)階段對(duì)尾礦庫(kù)滲流穩(wěn)定性分析過(guò)程中常用的軟件主要為理正滲流分析軟件，其對(duì)于土地滲流情況、閘壩滲流分析等較為適用，而采取的分析理論主要以達(dá)西定律為主。其具體指為若尾礦堆積體中存在滲透水流動(dòng)的情況，所做的層流運(yùn)動(dòng)以低雷諾數(shù)為主，并保持水力坡度與水流速數(shù)值的正比關(guān)系。在進(jìn)行參數(shù)決定過(guò)程中，需確定計(jì)算的參數(shù)與剖面并做好滲流穩(wěn)定性計(jì)算分析。特別在計(jì)算滲流穩(wěn)定性過(guò)程要求考慮洪水運(yùn)行工況下滲流狀況，如圖2為洪水運(yùn)行狀態(tài)下壩體浸潤(rùn)線圖示。

圖2　

由圖2可分析當(dāng)洪水運(yùn)行狀態(tài)，若標(biāo)高保持在315m左右，其透水性在初期壩中表現(xiàn)極好，即使侵潤(rùn)線在壩體深處，但并未在壩坡處溢出，所以若洪水運(yùn)行工礦正常且水位比較正常的條件下，壩體滲流穩(wěn)定性較好。因此，在實(shí)際分析壩體滲流穩(wěn)定性過(guò)程中，需注意分析洪水運(yùn)行以及尾礦庫(kù)運(yùn)行是否正常，確保在靜力狀態(tài)下得出壩體滲流穩(wěn)定性的分析結(jié)果。以往學(xué)者研究過(guò)程中除考慮壩體滲透穩(wěn)定性與抗滑穩(wěn)定性方面外，也注重安全風(fēng)險(xiǎn)、動(dòng)力特性以及壩體的變形特性等方面的研究。其中在安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方面，國(guó)內(nèi)當(dāng)前大多尾礦庫(kù)無(wú)論從施工設(shè)計(jì)、技術(shù)應(yīng)用、尾礦庫(kù)選址以及投入使用后都存在一定的安全問(wèn)題，其是導(dǎo)致尾礦庫(kù)事故發(fā)生的重要原因。而在動(dòng)力特性方面，由于我國(guó)尾礦壩采用的建造方式主要以上游法為主，使其中存在的尾礦粉顆粒在震動(dòng)作用下很容易受到破壞，其對(duì)壩體的整體穩(wěn)定性也有重要影響。另外，在壩體變形特性方面，當(dāng)前主要采用灰色模型法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法以做好壩體監(jiān)測(cè)研究工作。因此，為保證尾礦庫(kù)能夠正常運(yùn)行，無(wú)論在建設(shè)中或?qū)嶋H投入使用過(guò)程中都需適時(shí)對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行分析[3]。

4　結(jié)論

我國(guó)大部分尾礦壩多為上游式尾礦筑壩，其整體穩(wěn)定狀況對(duì)尾礦庫(kù)安全運(yùn)行具有重要影響。因此在利用巖土勘察技術(shù)過(guò)程中需注重鉆探技術(shù)以及原位測(cè)試等相結(jié)合方式的應(yīng)用，并根據(jù)相關(guān)的分析壩體穩(wěn)定性的軟件以及計(jì)算方式分析壩體穩(wěn)定性，特別需做好尾礦庫(kù)排洪能力的校核以及觀測(cè)壩體浸潤(rùn)線等工作，減少尾礦庫(kù)存在的安全隱患。

[1]王琢.尾礦庫(kù)巖土勘察技術(shù)及壩體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)研究[D].燕山大學(xué)，2013.

[2]費(fèi)維水.尾礦壩穩(wěn)定性分析中的若干問(wèn)題研究[D].昆明理工大學(xué)，2013.

[3]鄭銳.尾礦庫(kù)壩體穩(wěn)定性指標(biāo)體系建立及評(píng)價(jià)方法的研究[D].西安建筑科技大學(xué)，2011.

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2015-4-22