尾礦庫(kù)潰壩研究綜述

李增

【摘要】目前，我國(guó)礦產(chǎn)資源豐富，各類礦產(chǎn)資源是國(guó)家與社會(huì)發(fā)展和進(jìn)步的重要保障力量。從目前的情況來(lái)看，有關(guān)學(xué)者和工作人員對(duì)尾礦潰壩的情況有了高度的重視，并且從尾礦壩壩體失穩(wěn)以及泥石流兩個(gè)角度進(jìn)行深入探究。本文對(duì)尾礦庫(kù)壩體失穩(wěn)的原因和機(jī)理進(jìn)行了分析和探究，并計(jì)算出相應(yīng)的模型。當(dāng)前，尾礦壩失穩(wěn)的計(jì)算模型通常集中在尾礦壩靜力抗滑穩(wěn)定以及在發(fā)生地震之時(shí)尾礦砂發(fā)生的液化。另外，本文對(duì)尾礦壩失穩(wěn)之后產(chǎn)生泥石流的流變模型和物理性質(zhì)進(jìn)行了計(jì)算。

【關(guān)鍵詞】尾礦；潰壩；泥石流；壩體失穩(wěn)

我國(guó)國(guó)土遼闊，礦產(chǎn)資源豐富，各類尾礦的年排放總量超過(guò)三億，除了極小的一部分被用作礦山的填充和綜合利用之外，很大一部分的尾礦通過(guò)筑庫(kù)壩的形式來(lái)進(jìn)行儲(chǔ)存，所以尾礦是礦山整體當(dāng)中極為重要的組成部分之一。經(jīng)過(guò)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，世界上不同種類的尾礦已經(jīng)超過(guò)2萬(wàn)座，我國(guó)占半數(shù)以上，超過(guò)1.2萬(wàn)座，在這其中有很大一部分是病庫(kù)和危庫(kù)，很容易發(fā)生重大安全事故。近年來(lái)，相關(guān)管理單位對(duì)礦山尾礦壩體的管理工作有了高度的重視，本文對(duì)尾礦庫(kù)潰壩的原因進(jìn)行綜合的分析和描述，并有針對(duì)性的提出相應(yīng)的改進(jìn)和控制措施。

1、尾礦壩壩體失穩(wěn)分析

1.1滲流場(chǎng)直接誘發(fā)尾礦壩失穩(wěn)

滲流場(chǎng)主要存在于透水性壩體，會(huì)對(duì)壩體造成極大的破壞，所以很容易出現(xiàn)壩體失穩(wěn)的情況，通常情況下，滲流場(chǎng)的浸潤(rùn)線直接關(guān)系到尾礦庫(kù)的堅(jiān)實(shí)程度。確定滲流場(chǎng)是對(duì)尾礦庫(kù)壩進(jìn)行深入研究的必要前提。通常情況下，尾礦庫(kù)所在地的地形比較復(fù)雜，很難對(duì)其邊界條件進(jìn)行準(zhǔn)確的說(shuō)明，進(jìn)而難以精確的確定滲流場(chǎng)的位置。一般情況下，確定滲流場(chǎng)都是通過(guò)模型試驗(yàn)的方式來(lái)完成。如果尾礦庫(kù)浸潤(rùn)線埋深不夠，會(huì)導(dǎo)致滲透水溢出，從而對(duì)尾礦壩的穩(wěn)定性造成影響。尾礦壩長(zhǎng)期處在滲透水的作用下，壩體結(jié)構(gòu)當(dāng)中的空隙逐漸增大，使壩體整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度降低，從而發(fā)生液化最終造成潰壩。

1.2.尾礦壩壩基失穩(wěn)造成潰壩

壩體失穩(wěn)也是導(dǎo)致尾礦壩出現(xiàn)潰壩的重要因素之一?？梢酝ㄟ^(guò)強(qiáng)度折減法以及極限平衡法來(lái)對(duì)尾礦庫(kù)破壞的機(jī)理進(jìn)行解釋。到目前為止，極限平衡法已經(jīng)相對(duì)成熟，通過(guò)這種方法能夠有效的對(duì)尾礦壩靜力處于穩(wěn)定狀態(tài)之下的不同等級(jí)進(jìn)行分析，從而計(jì)算出尾礦壩在此狀態(tài)下的安全系數(shù)。利用強(qiáng)度折減法能夠?qū)Π踩禂?shù)進(jìn)行確定，無(wú)需對(duì)滑移面的形狀和初始滑移面的位置進(jìn)行考慮。如果結(jié)合流固耦合，則不用在計(jì)算之前對(duì)尾礦壩浸潤(rùn)線的位置進(jìn)行確定，計(jì)算方式更為便捷。但是，目前還沒(méi)有建立完善的強(qiáng)度折減過(guò)程中失穩(wěn)判斷的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也沒(méi)有對(duì)此種方法所計(jì)算的安全系數(shù)限值進(jìn)行規(guī)定，所以使此種方法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中受到了一定的限制。

1.3洪水漫頂導(dǎo)致尾礦壩失穩(wěn)

如果尾礦壩所在地區(qū)發(fā)生洪水，并且壩體的防洪和泄洪能力不足，會(huì)導(dǎo)致洪水的水位迅速上升，加以尾礦壩自身不具有較高的透水性，在很短的時(shí)間之內(nèi)浸潤(rùn)面不會(huì)發(fā)生很大的變化，多余的水量無(wú)法正常排出，從而很容易導(dǎo)致洪水漫過(guò)壩體頂部，最終造成潰壩的危險(xiǎn)。有關(guān)專家通過(guò)人工降雨試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，坡體在降雨的過(guò)程當(dāng)中，雨水會(huì)深入到土體，從而使土體中的顆粒發(fā)生遷移，進(jìn)而改變了土體的微結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致堵塞區(qū)的形成，另外，也會(huì)使土體之間的空隙壓力增大，抗剪力降低，在降雨過(guò)程當(dāng)中，雨水會(huì)對(duì)土體造成一定程度的激振力，使表層的土體液化，最終使壩體的強(qiáng)度受到影響，增加了潰壩的危險(xiǎn)。

2、尾礦庫(kù)潰壩泥石流分析

2.1尾礦庫(kù)潰壩泥石流物理力學(xué)特性

泥石流的類型直接關(guān)系著泥石流的演進(jìn)特性，利用泥石流理論對(duì)尾礦壩潰壩后所產(chǎn)生的泥石流演進(jìn)規(guī)律進(jìn)行分析，先對(duì)潰壩后泥石流的類型進(jìn)行劃分。泥石流最為重要的物理力學(xué)特征是具有流變性，例如砂礫或者是石塊的濃度、粘度、石塊的體積和外形以及水的濃度等因素都會(huì)對(duì)流變特性造成不同的影響。到目前為止，有關(guān)專家對(duì)為了對(duì)泥石流進(jìn)行研究，逐漸建立了諸多泥石流的流變模型，其中典型的有：雙線性流變模型、賓漢流變模型以及牛頓流變模型等。泥石流的極限剪應(yīng)力和粘度是泥石流兩個(gè)非常重要的物理力學(xué)參數(shù)，早年間，愛(ài)因斯坦曾提出極稀泥石流的相對(duì)粘度計(jì)算公式，還有專家通過(guò)對(duì)大量資料的分析和總結(jié)，發(fā)現(xiàn)了稀性泥石流的相對(duì)粘度計(jì)算公式。

2.2尾礦庫(kù)潰壩泥石流的演進(jìn)

截止至現(xiàn)在，對(duì)于尾礦庫(kù)潰壩泥石流演進(jìn)的研究方式主要有：經(jīng)驗(yàn)公式法、數(shù)值模擬以及模型實(shí)驗(yàn)法。就經(jīng)驗(yàn)公式法而言，主要是借助水庫(kù)潰壩后所產(chǎn)生泥石流的演進(jìn)而形成；數(shù)值模擬法則是在經(jīng)驗(yàn)公式法的計(jì)算公式當(dāng)中，把地形和泥石流的參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)化，從而生成新的綜合系數(shù)。通常情況下，需要對(duì)曼寧公式當(dāng)中的粗糙系數(shù)和修正系數(shù)進(jìn)行確定；模型試驗(yàn)法借鑒了某尾礦壩漫頂潰壩的過(guò)程，對(duì)洪水漫頂過(guò)程當(dāng)中尾礦壩的沖擊和腐蝕效果以及壩體的失穩(wěn)過(guò)程進(jìn)行分析，得出了壩體在潰壩過(guò)程當(dāng)中的特征時(shí)間點(diǎn)，總結(jié)出不同坡比的壩體在潰壩模式當(dāng)中存在的不同點(diǎn)。

結(jié)束語(yǔ)：

前文對(duì)尾礦庫(kù)壩體潰壩進(jìn)行了闡述，分別從壩體的失穩(wěn)性以及泥石流進(jìn)行了分析。造成尾礦庫(kù)壩體潰壩的原因比較復(fù)雜，壩體的強(qiáng)度受到諸多因素的影響，需要通過(guò)大量的模型試驗(yàn)和計(jì)算來(lái)進(jìn)行探索。在對(duì)潰壩進(jìn)行分析之時(shí)，需要借助大量的潰壩模型來(lái)進(jìn)行推演，從而能夠找出對(duì)壩體強(qiáng)度的影響因素。到目前為止，對(duì)于尾礦庫(kù)壩體的計(jì)算模型依然不夠全面，還需要結(jié)合很多學(xué)科的知識(shí)完成進(jìn)一步的研究。

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