某尾礦庫(kù)閉庫(kù)穩(wěn)定性分析

高振興

（楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 楊凌 712100）

1 工程概況

某尾礦庫(kù)位于洋縣桑溪鎮(zhèn)李家莊溝溝內(nèi)，為上游式尾礦庫(kù)。該尾礦庫(kù)始建于2008年3月，在未經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)的情況下向庫(kù)內(nèi)排放尾礦砂約48.7萬(wàn)m3，堆積高度約為60.0m。后企業(yè)補(bǔ)充完成了該尾礦庫(kù)工程巖土工程勘察報(bào)告和初步設(shè)計(jì)，業(yè)主按照設(shè)計(jì)進(jìn)行了整改，于2011年10月竣工驗(yàn)收并投入使用，于2012年10月停止使用。

2013年9月完成了閉庫(kù)巖土工程勘察報(bào)告，2014年7月完成了閉庫(kù)設(shè)計(jì)安全專篇，后按照設(shè)計(jì)安全專篇進(jìn)行了施工。工程實(shí)施過(guò)程中的工勘、設(shè)計(jì)、施工及監(jiān)理單位都具有規(guī)定的資質(zhì)。

2 壩體現(xiàn)狀

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，該尾礦庫(kù)總壩高81.5m，堆積方量約94.1萬(wàn)m3，屬四等尾礦庫(kù)[1]。該尾礦庫(kù)初期壩為廢棄礦石（微風(fēng)化片麻狀花崗巖、閃長(zhǎng)巖）進(jìn)行筑壩，為堆石壩，初期壩壩高20.2m，頂寬度3m，軸線長(zhǎng)度79m，在上游壩面設(shè)土工布反濾層，在壩體與岸坡結(jié)合處設(shè)置截水溝以排泄雨水。下游壩面坡比 1：1.8?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和觀測(cè)，壩體表面平整，未發(fā)現(xiàn)不均勻沉降，壩體無(wú)裂縫，壩腳排滲棱體滲出水體清澈。該尾礦庫(kù)堆積壩最終堆積高度為（初期壩以上）61.3m，子壩外坡比1:1.8～2.1。

3 壩體穩(wěn)定性評(píng)估

3.1 初期壩穩(wěn)定分析

（1）初期壩壩基穩(wěn)定性分析

初期壩壩址所處地段未見(jiàn)有滑坡等不良地質(zhì)作用，未見(jiàn)有全新活動(dòng)斷層，所以初期壩壩址區(qū)是穩(wěn)定的；根據(jù)閉庫(kù)工程勘察等資料，初期壩壩基巖石為元古界強(qiáng)風(fēng)化閃長(zhǎng)巖，其飽和抗壓為50.4～90.7 MPa，該段巖體工程性質(zhì)較好，所以判定壩基是穩(wěn)定的。

（2）初期壩壩肩穩(wěn)定性分析

壩肩出露地層為元古界強(qiáng)風(fēng)化閃長(zhǎng)巖，巖石較堅(jiān)硬，其飽和抗壓為54.6～77.4 MPa，巖體呈巨厚層狀，層間結(jié)合力強(qiáng)，壩肩部分山勢(shì)雄厚，植被發(fā)育良好，未發(fā)現(xiàn)壩肩基巖變形等不良跡象。初期壩壩肩是穩(wěn)定的。

（3）初期壩穩(wěn)定性分析

初期壩筑壩材料為廢棄礦石，其主要成分為微風(fēng)化片麻狀花崗巖、閃長(zhǎng)巖。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察，現(xiàn)狀壩體外觀良好，表面平整，無(wú)裂縫，無(wú)其他變形現(xiàn)象。

（4）初期壩滲漏穩(wěn)定性分析

初期壩壩肩主要為閃長(zhǎng)巖，其表層風(fēng)化裂隙發(fā)育，但深部裂隙不發(fā)育，且在施工過(guò)程中對(duì)壩肩進(jìn)行了清理。通過(guò)調(diào)查，未發(fā)現(xiàn)壩肩有滲漏現(xiàn)象，且已經(jīng)停止向庫(kù)區(qū)內(nèi)排放尾礦，尾礦庫(kù)浸潤(rùn)線較低。因此認(rèn)為，壩肩不會(huì)發(fā)生滲漏。壩體預(yù)留的排滲孔暢通，壩腳排滲體的滲出水清澈。因此認(rèn)為初期壩滲流是穩(wěn)定的。

通過(guò)上述分析認(rèn)為，初期壩是穩(wěn)定的。

3.2 堆積壩穩(wěn)定性分析

（1）堆積壩穩(wěn)定性分析

根據(jù)閉庫(kù)工程勘察報(bào)告和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，堆積壩表面較平整，無(wú)坍陷、沖溝、水蝕等不良現(xiàn)象。閉庫(kù)工程勘察中通過(guò)地質(zhì)實(shí)測(cè)、穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表明，現(xiàn)狀堆積壩穩(wěn)定性滿足要求?，F(xiàn)已停止排放尾礦，隨著時(shí)間的推移，尾砂自重固結(jié)，堆積壩的穩(wěn)定性將會(huì)逐漸提高。

（2）滲流穩(wěn)定性分析

該尾礦庫(kù)干灘長(zhǎng)度160m，大于規(guī)范規(guī)定的最小50m的要求。

堆積壩體內(nèi)浸潤(rùn)線埋深為4.80～18.20m；壩面無(wú)滲水現(xiàn)象，涵管排出水清澈。認(rèn)為現(xiàn)狀堆積壩滲流是穩(wěn)定的。

3.3 壩體穩(wěn)定性計(jì)算

壩體穩(wěn)定計(jì)算采用河海大學(xué)邊坡穩(wěn)定分析程序 AUTOBANK進(jìn)行分析。按程序要求對(duì)壩體進(jìn)行剖面分析，并進(jìn)行概化分區(qū)。概化分區(qū)依據(jù)《閉庫(kù)勘察報(bào)告》并結(jié)合庫(kù)區(qū)地形對(duì)尾礦壩體進(jìn)行。計(jì)算指標(biāo)依據(jù)《閉庫(kù)勘察報(bào)告》、《尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄 C 壩體尾礦的平均物理力學(xué)指標(biāo)及相似工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)參數(shù)比較確定。

根據(jù)《中國(guó)地震烈度區(qū)劃圖》[2]，本工程所在地區(qū)屬于抗震設(shè)防烈度6度區(qū)，場(chǎng)地地震加速度值為0.05g。按照相關(guān)規(guī)范[3][4]，6度時(shí)，尾礦壩可不進(jìn)行抗震驗(yàn)算，但應(yīng)滿足規(guī)定的抗震構(gòu)造和工程措施要求。所以計(jì)算不考慮地震工況。根據(jù)，該地區(qū)屬于抗震設(shè)防烈度6度區(qū)，場(chǎng)地地震加速度0.05g，按照《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》[5]要求，計(jì)算尾礦庫(kù)的正常運(yùn)行情況、洪水運(yùn)行情況下的穩(wěn)定計(jì)算均應(yīng)計(jì)算。

（1）土力學(xué)參數(shù)信息坡面線下壓土層數(shù)為 6 層，具體土層物理力學(xué)指標(biāo)如表1。

表1 土層物理力學(xué)指標(biāo)表

（2）計(jì)算公式

尾礦壩穩(wěn)定性分析采用瑞典圓弧條分法計(jì)算。計(jì)算公式為:

式中：K—安全系數(shù)；

Ci—第i 條塊滑面粘聚力(kPa)；

Φi—第i 條塊滑面內(nèi)摩擦角(°)；

θi—條塊的重力線與通過(guò)此條塊底面中點(diǎn)半徑之間的夾角(°)；

li—第i 條塊滑面長(zhǎng)度(m)；

Wi—第i 條塊滑面的土體重量(KN)，浸潤(rùn)線以上取天然重度，以下取飽和重度。

滑弧法計(jì)算壩坡穩(wěn)定，主要是滑弧位置的確定和計(jì)算公式的選擇，由于地基、初期壩、尾礦性質(zhì)和其它外力條件不同，滑弧的位置有以下幾種情況：

①若初期壩強(qiáng)度較高，采用上游法筑壩工藝，滑弧一般在初期壩壩頂以上。

②地基條件較好，有可能初期壩與堆積壩一起發(fā)生滑動(dòng)。

③地基較弱時(shí)也可能連同一部分地基一起滑動(dòng)。

④滑弧位置與浸潤(rùn)線關(guān)聯(lián)性較高，可能位于浸潤(rùn)線出逸附近。

（3）計(jì)算結(jié)果

各滑弧取30個(gè)土條計(jì)算，根據(jù)試算，滑弧長(zhǎng)度不小于20m，具體計(jì)算結(jié)果列表如2。

表2 穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表

4 結(jié)論

該尾礦庫(kù)的初期壩址、地基、壩肩是穩(wěn)定的，堆積壩表面平整，未見(jiàn)有坍陷、沖溝等現(xiàn)象，通過(guò)計(jì)算壩體的整體穩(wěn)定性安全系數(shù)均大于規(guī)范要求。綜合判定該尾礦庫(kù)壩體穩(wěn)定性滿足要求。

建議：

1.尾礦庫(kù)閉庫(kù)后管理工作仍由原單位負(fù)責(zé)。負(fù)責(zé)指導(dǎo)和監(jiān)督尾礦庫(kù)運(yùn)行和安全管理工作，落實(shí)尾礦庫(kù)的各種管理制度。如因土地復(fù)墾等原因需要變更管理單位的，必須報(bào)請(qǐng)主管部門(mén)批準(zhǔn)，并辦理相應(yīng)的法律手續(xù)。

2.閉庫(kù)后的尾礦庫(kù)，未經(jīng)設(shè)計(jì)論證和批準(zhǔn)，不得重新啟用或改作他用。

3.閉庫(kù)后的尾礦庫(kù)，必須做好壩體及排洪設(shè)施的維護(hù)。未經(jīng)論證和批準(zhǔn)，不得儲(chǔ)水。嚴(yán)禁在尾礦壩和庫(kù)內(nèi)進(jìn)行亂采、濫挖、違章建筑和違章作業(yè)。

4.建議尾礦庫(kù)周邊實(shí)施圍擋封閉，防止周邊村民、牲畜等進(jìn)入庫(kù)區(qū)。尾礦壩應(yīng)設(shè)置警戒線，采取隔離措施，并設(shè)立警示牌，以防止對(duì)壩體及其坡面的人為破壞。尾礦壩外坡面應(yīng)按閉庫(kù)設(shè)計(jì)要求，做好排水設(shè)施及壩面植草的維護(hù)工作。