某尾礦庫安全穩(wěn)定性分析論證

蔡建華，王文軍

（中國有色金屬長沙勘察設計研究院有限公司，湖南 長沙 410007）

1 工程概況

某尾礦庫至今已安全運行近40年。尾礦庫初期壩壩長90.0m，壩高17.0m，為均質(zhì)土壩，大部分壩體座落在灰?guī)r和砂頁巖地基上。后期采用上游法尾礦筑壩，尾礦堆積邊坡1：4，最終堆積總壩高44m，總庫容1051×104m3，總有效庫容840×104m3，尾礦庫等別為三等庫。目前已堆積尾礦庫450×104m3，現(xiàn)主壩高39m。使用超過原設計壩高44m的2/3，根據(jù)規(guī)范要求應對壩體進行穩(wěn)定性專項評價。

2 庫區(qū)現(xiàn)狀

2.1 主壩現(xiàn)狀

初期壩壩身為均質(zhì)土壩，由粘土及其上游面的反濾層和保護層構(gòu)成，壩高19m，下游坡比1：2.25，干砌石護坡0.5m厚，無紡土工布一層，上游坡比1：2.5～1：2.75，壩頂寬3.5m，長88m，下游壩腳增設外坡反濾。初期壩地基層為灰?guī)r。尾礦庫采取上游式筑壩，壩長約240m，共筑8期子壩，平均高度3.1m左右，堆壩材料為壩前粗尾礦，堆壩比為1：4，沉積干灘坡比為2%。在壩坡上每隔2m～4m高差設置一條馬道，寬1.60m～26.00m，壩坡已設置9級馬道。各級斜坡坡比1：1.7～1：2.6，壩體總坡比為1：4.5。

各級馬道之間（每隔2m～4m高差）設置壩坡截水橫溝，在壩坡與壩肩結(jié)合部設置排水肩溝，采用水泥砂漿塊石砌筑。為防止雨水、滲流沖蝕以及大風揚塵，在壩面鋪設0.3m～0.6m厚的粘性土，并種植植被。

壩坡地面塌陷17處，但初期壩壩基未出現(xiàn)嚴重性破壞，后經(jīng)處理，堆積壩體至今未再發(fā)生塌陷。

2.2 排滲系統(tǒng)

主壩平行壩軸線鋪設了3層排滲盲溝，排滲設施均為陶瓷管包裹卵石，中間布置排滲盲管。排滲設施均采用上下兩層復合土工席墊，中間布塑料盲溝。上下復合土工席墊寬分別為2m和3m，上層復合土工席墊邊緣與下層縫合。排滲設施均正常運行。

2.3 全尾礦

按巖石化學類型為碳酸鹽型尾礦，前期尾礦中主要礦物成分為：方解石、石英、金屬礦物、白云石、粘土礦物?，F(xiàn)在尾礦中主要礦物成分為：石英、方解石（白云石）、透輝石（透閃石）、石榴石、絹云母、綠泥石等。

2.4 沉積灘（干灘）

尾礦庫內(nèi)主壩沖積坡長一般控制在400m～450m之間，沉積灘平均坡度見。

表1 尾礦庫沉積灘平均坡度

3 壩體（址）穩(wěn)定性分析

3.1 堆積壩位移變形特征

分析變形觀測技術(shù)報告、堆積壩體變形特征：①主壩中上段的變形較大，②主壩垂直變形位移大于水平變形位移，；③堆積壩體的變形屬固結(jié)沉降變形和坡面?zhèn)认蜃冃?；④各排觀測點的最大變形均靠近庫區(qū)中軸線堆積層最厚的部位。

上述變形特征說明：壩體下段采取有效降、排滲和加固修坡措施后，壩體浸潤線降低，且隨固結(jié)時間增長尾礦固結(jié)程度較高，變形位移量較小。本次工程地質(zhì)測繪在壩面未發(fā)現(xiàn)明顯張拉變形，壩坡面無裂縫，壩面漿砌石排水溝未見斷裂和破壞性裂縫。總之，壩體的變形位移整體屬正常變形范圍。

3.2 主壩堆積壩體浸潤線

根據(jù)長期觀測資料，堆積壩體在同一標高平臺的不同位置，土體滲水途徑稍有差異，堆積壩體的浸潤線隨時間的變化稍有上下浮動，但浮動的范圍不大，說明庫區(qū)排水和排滲系統(tǒng)運行較好，有效的控制了浸潤線的深度。浸潤線變化的差異主要由季節(jié)性降水量決定。本次勘察期間，在其它條件不變的情況下，排放尾礦漿時，各浸潤線觀測孔所測得的水位稍有上升，干灘段反應迅速，向下游方向滯后逐漸反應。同時由于主壩排水設施較好，尾砂排放時對主壩浸潤線影響小于庫區(qū)浸潤線影響。

3.3 尾礦堆積體孔隙水壓力特性

尾礦壩穩(wěn)定性分析需要了解尾礦堆積體孔隙壓力特性。

該尾礦庫升高速度較慢，自1990底年至2012年初，升高平均速度約為0.13m/a。本次壩體邊坡穩(wěn)定性分析中孔隙水壓力，可取穩(wěn)態(tài)滲流下的靜孔隙壓力值。

本次壩體邊坡穩(wěn)定性分析中孔隙水壓力雖未測得，但抗剪強度取值已適當考慮了穩(wěn)態(tài)滲流下的靜孔隙水壓力值。

3.4 數(shù)值計算

堆積壩體的穩(wěn)定性計算采用圓弧滑動法，利用堆積壩體主剖面線進行穩(wěn)定性驗算。根據(jù)本次室內(nèi)土工試驗直剪和三軸剪切結(jié)果，正常運行狀態(tài)穩(wěn)定性計算采用固結(jié)快剪強度指標，特殊運行狀態(tài)穩(wěn)定性計算采用快剪強度指標。

根據(jù)《選礦廠尾礦設施設計規(guī)范》（ZBJ1-90）有關(guān)標準，按Ⅲ級庫考慮，正常運行狀態(tài)的最小安全系數(shù)為1.20和特殊運行狀態(tài)的最小安全系數(shù)為1.05判定：堆積壩體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

表2 計算成果表

4 結(jié)語

尾礦庫堆積壩的穩(wěn)定性主要需要注意以下幾方面：

（1）控制浸潤線高度：隨著尾礦堆積壩的增高，宜根據(jù)浸潤線埋深變化趨勢，適當增設新的壩體排滲系統(tǒng)，確保庫區(qū)安全正常運行。

（2）勘探取樣應嚴格按規(guī)范規(guī)程執(zhí)行，才能通過室內(nèi)試驗得到較為準確的參數(shù)，用于數(shù)值計算。

圖1 尾礦庫堆積壩地層圖