尾礦庫(kù)邊坡時(shí)變分析模型及其應(yīng)用

【摘要】礦產(chǎn)資源是國(guó)家與社會(huì)發(fā)展和進(jìn)步的重要支撐力量，尾礦庫(kù)邊坡的穩(wěn)定性直接影響到整個(gè)尾礦庫(kù)的正常運(yùn)行。通常情況下，尾礦庫(kù)邊坡的穩(wěn)定性通常都是以的單一的安全系數(shù)作為邊坡穩(wěn)定性的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，這種單一的指標(biāo)無(wú)法充分反映出外界條件變化過(guò)程當(dāng)中尾礦庫(kù)邊坡穩(wěn)定性演變的整個(gè)過(guò)程。

【關(guān)鍵詞】尾礦庫(kù)；降雨；安全系數(shù)；時(shí)變分析

尾礦庫(kù)是尾礦和澄清水的重要儲(chǔ)存設(shè)施，能夠起到環(huán)保和安全的作用，同時(shí)也具有一定的危險(xiǎn)性，一旦出現(xiàn)潰壩，則會(huì)造成泥石流，對(duì)工作人員以及周邊的居民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成極大的威脅，這種情況通常都是由于尾礦庫(kù)邊坡出現(xiàn)失穩(wěn)所導(dǎo)致，而尾礦庫(kù)邊坡失穩(wěn)通常都和降雨有關(guān)，由于洪水導(dǎo)致尾礦庫(kù)發(fā)生的事故超過(guò)事故總量的百分之五十。

1、尾礦庫(kù)邊坡時(shí)變分析模型的建立過(guò)程

通常情況之下，尾礦庫(kù)邊坡時(shí)變模型建立的過(guò)程和一般邊坡數(shù)值分析模型的建立過(guò)程比較相似，但是在進(jìn)行邊界條件設(shè)定之時(shí)對(duì)邊界條件隨時(shí)間變化的情況進(jìn)行了一系列的考慮，同時(shí)也對(duì)邊界條件在各個(gè)時(shí)段的安全系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，從而為邊坡穩(wěn)定性發(fā)展變化的分析提供了有效的依據(jù)。

1.1 邊坡土層情況

在模型建立的過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)以現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)的實(shí)際情況作為依據(jù)，尾礦庫(kù)庫(kù)內(nèi)巖土層總共分為六層，首先是素填土，呈黑色，密度與含水量較大，主要是由少量的碎石等硬雜質(zhì)和坡殘積粘性土組成；第二層為雜填土，呈黑色，質(zhì)地較為松軟，含水量較大。第三層是尾粉砂，呈灰色，密度大，含有一定的泥沙，水分較少；第四層為尾粉土，顏色為灰色，密實(shí)程度高，含水量大；第五層是含角礫粉土，呈磚紅色，礫石濃度大約占百分之三十，上面覆蓋耕植土，厚度在二十至三十厘米之間；第六層是強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)粉砂巖，同為磚紅色。

1.2 時(shí)變邊界條件的確定

一般通過(guò)對(duì)降雨入滲和庫(kù)水位變動(dòng)以及兩種因素相結(jié)合的條件下尾礦庫(kù)安全系數(shù)隨時(shí)間變化的情況進(jìn)行分析和研究。

首先對(duì)降雨入滲邊界進(jìn)行分析，并考慮雨型的不同對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，有關(guān)專(zhuān)家也曾對(duì)此展開(kāi)分析和研究，假設(shè)日降雨量位一百二十毫米，安全系數(shù)的變化情況如圖所示：

在庫(kù)水位變動(dòng)邊界方面，需要對(duì)水位高度、水位的上漲和下降高度，以及上漲和下降速度的組合條件等方面對(duì)安全系數(shù)進(jìn)行研究，通常情況下，可以將其分為三種類(lèi)型，具體的情況如下圖所示：

對(duì)降雨與庫(kù)水位耦合條件邊界對(duì)安全系數(shù)的影響進(jìn)行探究，應(yīng)當(dāng)對(duì)當(dāng)?shù)氐暮樗Y料、排水系統(tǒng)參數(shù)以及尾礦庫(kù)流域的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析和整理，并以此為依據(jù)，通過(guò)簡(jiǎn)化推理公式對(duì)洪峰的流量進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下圖所示：

2、計(jì)算結(jié)果和分析

2.1降雨強(qiáng)度的影響

經(jīng)歷降雨六個(gè)小時(shí)之后，在雨量超過(guò)五毫米每小時(shí)的情況下，邊坡系數(shù)減少的速度基本相同，由此可知，長(zhǎng)時(shí)間的降雨，無(wú)論強(qiáng)度大小，都會(huì)對(duì)邊坡的穩(wěn)定性造成明顯的影響。如果降雨的強(qiáng)度超過(guò)九毫米每小時(shí)，在兩個(gè)小時(shí)之內(nèi)，邊坡的安全系數(shù)下降速度逐漸加快，如果降雨強(qiáng)度超過(guò)十三毫米每小時(shí)，則會(huì)使安全系數(shù)出現(xiàn)一定程度的回升。

2.2降雨雨型影響

經(jīng)過(guò)模型的建立和計(jì)算能夠發(fā)現(xiàn)，如果雨型不同，會(huì)造成邊坡安全系數(shù)隨時(shí)間變化的軌跡有所不同，時(shí)間重點(diǎn)的安全系數(shù)也存在著一定的差異。經(jīng)過(guò)計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，安全系數(shù)下降速率與降雨強(qiáng)度基本呈正比，但是安全系數(shù)變化曲線和雨強(qiáng)變化曲線相比較為平滑，表示在外部條件的作用下，能夠保持一定的自我調(diào)節(jié)能力。

2.3庫(kù)水位的影響

經(jīng)過(guò)多次的試驗(yàn)?zāi)Ｊ脚c計(jì)算發(fā)現(xiàn)，庫(kù)水位的變動(dòng)對(duì)安全系數(shù)的影響和水位高度以及漲落的速度之間存在著一定的聯(lián)系。水位增長(zhǎng)幅度越大，會(huì)使安全系數(shù)降低的越多。與此同時(shí)，安全系數(shù)隨著水位的變化具有一定的滯后效應(yīng)。滯后效應(yīng)會(huì)隨著水位上漲速度的變化而發(fā)生變化。

2.4 降雨和水位變動(dòng)相結(jié)合的影響

在持續(xù)降雨十九個(gè)小時(shí)之前，水庫(kù)水位對(duì)于邊坡的穩(wěn)定性沒(méi)有顯著的影響，但是在降雨和水位兩種因素的綜合影響下，會(huì)使降雨入滲的影響有所增強(qiáng)，導(dǎo)致邊坡安全系數(shù)在原有基礎(chǔ)之上進(jìn)一步下降。降雨入滲對(duì)于庫(kù)水位的影響作用也大幅度增強(qiáng)。從總體的角度上來(lái)講，在水位開(kāi)始上漲之前，降雨對(duì)邊坡的影響主要來(lái)自于入滲情況，使尾礦庫(kù)邊坡的穩(wěn)定性有所減低，在水位開(kāi)始上漲之后，庫(kù)水位對(duì)安全系數(shù)的影響起到了主導(dǎo)作用。

結(jié)束語(yǔ)：

尾礦庫(kù)邊坡的穩(wěn)定性直接關(guān)系到礦山的正常運(yùn)行和安全生產(chǎn)，如果邊坡的安全性和可靠性不足以滿足實(shí)際要求，則會(huì)對(duì)工作人員以及附近居民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成極大的威脅。因此，對(duì)尾礦庫(kù)邊坡穩(wěn)定性的分析和研究具有非常重要的意義。通過(guò)尾礦庫(kù)邊坡時(shí)變分析模型的應(yīng)用，能夠發(fā)現(xiàn)尾礦庫(kù)邊坡安全系數(shù)的變化情況，找出影響因素，從而有助于提高尾礦庫(kù)邊坡的質(zhì)量，保證礦產(chǎn)開(kāi)采工作順利進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]潘文鑫.降雨條件下鈾尾礦壩覆土層雨水控制及穩(wěn)定性影響[D].南華大學(xué)，2014.