甘肅三洋壩金礦采選項目尾礦庫巖土工程特性及工程適宜性評價

馬杰

摘要：三洋壩金礦采選項目位于隴南市西和縣，位于西秦嶺南側的隴南山地，擬建尾礦庫等級為三等，本次尾礦庫巖土工程勘察等級為乙級。三洋壩金礦區(qū)大地構造屬于秦嶺造山帶西段腹地，揚子板塊北緣，南秦嶺印支陸隆帶之北，該區(qū)地質構造復雜。本文對工程區(qū)地層、構造、水文地質、不良地質作用等進行詳細分析，進而對地基土工程地質及尾礦庫庫區(qū)進行評價，最后提出了尾礦庫滲漏預防措施，為以后的工程建設提供了可靠的數(shù)據支撐。

關鍵詞：三洋壩尾礦庫；巖土工程特性；工程適宜性；評價

三洋壩金礦采選項目位于隴南市西和縣六巷鄉(xiāng)花橋村三洋壩，勘察區(qū)位于西秦嶺南側的隴南山地，依據地貌特征和成因類型勘察區(qū)可分為侵蝕構造中低山、侵蝕堆積河谷兩大地貌單元。該區(qū)屬我國東西和南北地質構造結合、交匯樞紐地區(qū)，地質構造復雜，經歷了加里東期、海西期、印支期、燕山期及喜山期多期次、多旋回不同層次的構造演化，形成了現(xiàn)今的構造格局。該區(qū)地質構造復雜。本次巖土工程勘察的目的是為尾礦壩的設計提供完整、可靠的地質參數(shù)和地質依據。

1.地層及巖性特征

據工程地質測繪及勘探揭露，尾礦庫場地地層自上而下由第四系全新統(tǒng)坡積物（Q4dl）、第四系全新統(tǒng)沖洪積物（Q4al+pl）及中泥盆統(tǒng)（D2g）構成。現(xiàn)按巖性自上而下分述如下：

1.1第四系（Q4）

①含礫粉質粘土（Q4dl）：黃褐色，可塑，中密，稍濕，主要分布在溝道左側斜坡上，碎石粒徑多在0.5cm～1cm，最大可見7cm，母巖巖性主要為板巖、灰?guī)r等，含量約25%，表層富含植物根系，厚度2m～8.7m。②含碎石粉質粘土（Q4al+pl）：黃褐色，中密-密實，稍濕，可塑，主要分布在溝道左岸，碎石粒徑多在2cm～ 5cm，偶見漂石，母巖巖性主要為板巖、灰?guī)r等，含量約20%，厚度1.6m～7.5m。③碎石（Q4al+pl）：主要分布于溝道內，淺灰-灰色，稍濕，中密-密實，骨架顆粒由漂石、碎石組成，磨圓度差，級配不均勻，成分主要為板巖、灰?guī)r、變砂巖，風化強烈，以粉質粘土及巖屑充填，骨架粒徑一般在3cm～6cm，大于2cm的顆粒含量占總質量的50%～85%，其中碎石含量約30%，漂石40%，最大粒徑約45cm，砂土及粉土含量較少，層厚1.0m～4.6m。

1.2泥盆系（D）

④強風化板巖夾灰?guī)r：淺灰色，薄層狀變余結構，板狀構造，節(jié)理裂隙發(fā)育，主要成分為絹云母、石英、炭質等，巖體破碎，巖質軟，局部段夾中層灰?guī)r，可見石英脈，層厚6.4m～ 10.5m。⑤中風化板巖夾灰?guī)r：淺灰色，薄層狀變余結構，板狀構造，節(jié)理裂隙較發(fā)育，主要成分為絹云母、石英、炭質等，巖體較破碎，巖質軟，局部段夾中層灰?guī)r，可見石英脈，揭穿層厚11.5m。⑥微風化板巖夾灰?guī)r：淺灰色，薄層狀變余結構，板狀構造，節(jié)理裂隙較不發(fā)育，主要成分為絹云母、石英、炭質等，巖質較堅硬，局部段夾中層灰?guī)r，可見石英脈，未揭穿，根據區(qū)域地質資料、鉆孔及物探揭示，其厚度大于50m。

2.場地地質構造

2.1斷裂

經地球物理勘探3條剖面工作成果得知剖面控制范圍及深度內地層巖性穩(wěn)定連續(xù)，庫區(qū)內沒有斷裂構造存在。詳見物探工作報告。

2.2節(jié)理

受區(qū)域地質構造影響，區(qū)內構造節(jié)理裂隙較為發(fā)育，本次勘察在壩址及庫區(qū)進行了節(jié)理裂隙測量，主要發(fā)育兩組節(jié)理，為剪節(jié)理，產狀分別為：275°～290°∠42°～60°，337°～350°∠59°～70°，節(jié)理寬度多在1mm左右，1m內發(fā)育節(jié)理條數(shù)7～9條，貫通性較差，泥質充填。

2.3層理

勘察區(qū)多為薄層狀板巖夾中厚層灰?guī)r，層間結合性較差，偶見石英脈充填，表層風化強烈，傾向東南，產狀多在155°～170°∠40°～55°，局部地段受褶皺影響，個別地段傾角有所變化。

3.水文地質條件

勘察區(qū)位于山區(qū)內的溝谷地帶，地形切割強烈，山勢較陡。該區(qū)地下水主要為第四系松散巖類孔隙水，基巖風化裂隙水兩大類。

3.1第四系松散巖類孔隙水

（1）河谷潛水。呈條帶狀分布于河谷區(qū)，賦存于河谷第四系砂礫卵石孔隙之中，水位埋藏較淺，一般小于5m，含水層厚度一般在2m～5m，滲透性屬強透水含水層，富水性較差，一般多為SO4·HCO3-Ca型水，水質較好。

（2）殘坡積層孔隙潛水。分布在斜坡殘坡積物中，含水層呈不連續(xù)片狀分布，含水層較薄，且含水層多泥質充填，一般為0.5m～2m，屬中等透水含水層。

3.2基巖風化裂隙水

主要賦存于泥盆系千枚狀板巖夾薄層灰?guī)r地層中，構造裂隙帶為主要含水層，含水層呈不規(guī)則狀，厚度8m～10m，滲透性、富水性較差，屬弱透水含水層，多為SO4·HCO3-Ca型水，水質較好。

本次勘察溝道內多數(shù)鉆孔見地下水，水位埋深1.2m～ 8.8m，相應水位標高為1732.10m～1747.48m。

4.不良地質作用

根據工程地質測繪及物探結果，尾礦庫壩基、庫區(qū)未發(fā)現(xiàn)對尾礦庫產生威脅的斷裂構造、崩塌、滑坡等不良地質作用存在。

該區(qū)人類工程活動較小，坡面第四系殘坡積物厚度相對較薄，坡面植被發(fā)育，在局部有小面積坡面泥流形成的可能，一般不會產生較大的崩塌、滑坡災害。

尾礦庫所在溝谷具備泥石流形成的地貌條件，但泥石流的形成主要取決于區(qū)內的松散物質，庫區(qū)屬于基巖山區(qū)，坡面及溝道內能轉化為泥石流所需的松散物質較少，且溝道植被茂密，覆蓋度高，水流清澈，泥石流災害發(fā)生易發(fā)性小，據《泥石流災害防治工程勘查規(guī)范》（T/CAGHP006-2018），綜合判斷該溝為非泥石流溝，不會產生較大的泥石流災害，但應做好防洪措施。

5.地基土工程地質評價

5.1工程巖體分類

根據工程地質測繪、鉆孔揭露及室內試驗結果，根據《工程巖體分級標準》（GB50218-2014），對場地內的巖體進行了工程巖體分級，其成果見表1。

5.2場地巖土承載力特征值

根據場地巖土物理力學性質指標及原位測試試驗結果，結合地區(qū)經驗確定場地巖土層的承載力特征值fak及變形參數(shù)列于表2。

5.3地基土綜合工程地質評價

①含礫粉質粘土（Q4dl）：主要分布在溝道左側斜坡上，厚度不均勻，分布不連續(xù)，結構疏松，力學性質與均勻性差，不宜做壩基礎持力層。②含碎石粉質粘土（Q4al+pl）：主要分布于溝谷內，中密，厚度不均勻，分布不連續(xù)，結構疏松，力學性質與均勻性差，不宜做壩基礎持力層。③碎石（Q4al+pl）：主要分布于溝谷內，密實，厚度較小，工程力學性能較好，承載力較高，可做擬建攔洪壩基礎持力層。④強風化板巖夾灰?guī)r：層位穩(wěn)定，埋深較小，厚度較大，工程力學性能較好，承載力較高，可作為擬建防滲壩的基礎持力層。⑤中風化板巖夾灰?guī)r：層位穩(wěn)定，埋深較大，厚度較大，工程力學性能較好，承載力高，可做擬建初期壩基礎持力層或下臥層。

6.尾礦庫庫區(qū)評價

6.1庫區(qū)穩(wěn)定性分析評價

根據工程地質調查及現(xiàn)場勘探結果，庫區(qū)無滑坡、崩塌、泥石流等不良地質作用，邊坡穩(wěn)定性好，庫區(qū)巖性以薄層板巖夾中-厚層灰?guī)r為主，第四系覆蓋層相對較薄，無第四系活動斷裂，場地穩(wěn)定性較好，適宜尾礦庫建設。

6.2庫區(qū)滲漏分析評價

（1）壩基滲漏。根據勘探和地面地質調查，庫區(qū)南北西側山體及谷底均揭露到基巖，鑒于壩址區(qū)南北封閉，谷底基巖基本上由相對不透水的板巖夾灰?guī)r組成，中風化巖體較完整，強度較高，庫區(qū)內無構造斷裂發(fā)育。結合建筑物特征，通過壩基開挖，清除表層松散覆蓋層后，庫區(qū)滲漏主要為沿強風化節(jié)理裂隙通道的滲透。壩體伸入到基巖中風化層1.5m后，壩址就具有一定的防滲特性。

（2）側向滲漏。壩址區(qū)位于溝坡地帶，左右壩肩山體高差45m～50m，坡度25°～36°，地形條件良好，左壩肩覆蓋層厚度5.6m～8.5m，右壩肩2.5m～3.8m，強風化層深約8.0m，兩側壩肩多為強透水第四系地層和中等透水的強風化板巖構成，加之本區(qū)氣候濕潤多雨，應防止壩肩繞壩滲漏或其他側向滲漏問題。

（3）土的滲透變形。根據本次土工試驗結果，庫區(qū)內②層沖積碎石不均勻系數(shù)均大于5，顆粒級配不均勻，根據《水利水電工程地質勘察規(guī)范》GB50487-2008附錄G劃分，區(qū)內②層土可能發(fā)生流土的滲透變形，應設計合理的水力比降，防止土體滲透變形的發(fā)生。

6.3庫區(qū)防洪標準、洪水計算

三洋壩金礦尾礦庫的等別按三等庫考慮，依據《選礦廠尾礦設施設計規(guī)范》，其防洪標準的洪水重現(xiàn)年為50年～100年。

擬建三洋壩金礦洪水流量采用隴南地區(qū)經驗公式：

故三洋壩金礦百年一遇的洪水流量：12.32m3/s，五十年一遇的洪水流量：8.96m3/s。

7.尾礦庫滲漏預防措施

由于擬建尾礦庫為透水堆石壩，屬于透水性壩體，壩址下游5km為花橋村所在地，一旦壩址區(qū)發(fā)生尾礦滲漏滲濾液對下游地下水影響較大。因此，壩前應采取人工防滲、截堵等措施防止尾礦水對下游環(huán)境可能產生的污染，并應制定發(fā)生滲漏的應急預案。

修建尾礦庫時，建議采取以下措施：

（1）對庫區(qū)及壩體均進行人工防滲處理。要在庫區(qū)內鋪設粗砂、復合土工膜和粘土復合防滲層，設計時應采取措施降低壩體內浸潤線高程，并在堆積壩體內預埋排滲管系統(tǒng)。（2）庫區(qū)運營期間，在尾礦庫溝口及兩側鄰谷的溝口布置監(jiān)測井，隨時檢測水位、水質的變化及地下水對環(huán)境的影響。發(fā)現(xiàn)污染及時向有關部門報告，及時采取相應措施進行處理，確保水環(huán)境不受污染。

8.結論

根據地質調查、勘察，擬建場地內無第四系活動斷裂，亦未發(fā)現(xiàn)滑坡、崩塌、泥石流、危巖體等不良地質現(xiàn)象；擬建物依地勢而建，上部覆蓋層厚度一般小于10m，層位相對穩(wěn)定，綜合評價：場地穩(wěn)定性較好，適宜本工程建設。本庫區(qū)內場地土覆蓋層厚度do為12.0m，覆蓋層厚度范圍內場地土的等效剪切波速值330.2m/s。場地土類型為中硬場地土，建筑場地類別為II類。本場區(qū)工程地質條件較復雜，整體持力層分布不穩(wěn)定，建議初期壩清除上覆第四系土層與強風化板巖后，將壩基放在中風化板巖上；左右兩側壩肩清除上覆第四系土層與強風化板巖后，將中風化板巖作為壩肩持力層。壩體修好后在兩側壩肩上下游做翼墻進行防護，以加強壩體的抗滑穩(wěn)定性。

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