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    磷石膏庫(kù)調(diào)洪演算與尾礦堆積壩穩(wěn)定性分析

    2020-06-10 09:37:16胡章地胡雅文李志國(guó)邱丹丹胡文軍
    關(guān)鍵詞:調(diào)洪水溝尾礦

    胡章地 胡雅文 李 博 李志國(guó) 邱丹丹 胡文軍

    (1、湖北大楚注冊(cè)安全工程師事務(wù)所有限公司,湖北 武漢430073 2、湖北虎渡河科技有限公司,湖北 荊州434300 3、武漢工程大學(xué)資源與安全工程學(xué)院,湖北 武漢430073)

    1 概述

    DS 磷石膏庫(kù)最終設(shè)計(jì)標(biāo)高為420.0m,設(shè)計(jì)總壩高95.8m,設(shè)計(jì)總庫(kù)容為1457.74×104m3。目前現(xiàn)狀磷石膏DS 磷石膏庫(kù)堆積壩標(biāo)高408.7m,相應(yīng)總壩高84.5m,已堆積磷石膏約600×104m3。DS 磷石膏庫(kù)等別均為三等,其主要構(gòu)筑物按3 級(jí)建筑物考慮,次要建筑物和臨時(shí)建筑物按4 級(jí)建筑物考慮。為了評(píng)價(jià)DS 磷石膏庫(kù)的安全現(xiàn)狀,本文對(duì)DS 磷石膏庫(kù)尾礦堆積壩進(jìn)行調(diào)洪演算與穩(wěn)定性分析。

    2 DS 磷石膏庫(kù)防洪安全復(fù)核

    2.1 洪水計(jì)算

    根據(jù)企業(yè)地理位置查《湖北省水文手冊(cè)》,計(jì)算得水文參數(shù),采用推理公式求得各區(qū)域洪峰流量、匯流時(shí)間與24 小時(shí)洪水總量。計(jì)算結(jié)果如表1 所示。

    表1 洪水計(jì)算結(jié)果

    2.2 防洪安全復(fù)核

    DS 磷石膏庫(kù)等別為三等,根據(jù)《尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50863-2013),設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)洪水重現(xiàn)期為500 年一遇。周邊截水溝按照Ⅱ類(lèi)一般工業(yè)固廢標(biāo)準(zhǔn)校核,防洪標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期取50 年一遇。

    2.2.1 DS 磷石膏庫(kù)內(nèi)防洪安全復(fù)核

    目前,場(chǎng)內(nèi)簡(jiǎn)易排水斜槽- 排水涵管已實(shí)施反濾封堵,場(chǎng)內(nèi)來(lái)水依靠現(xiàn)有調(diào)蓄庫(kù)容進(jìn)行調(diào)蓄,根據(jù)DS 磷石膏庫(kù)現(xiàn)狀地形圖,堆積壩頂部408.7m 標(biāo)高以下形成的調(diào)洪庫(kù)容約為204.72×104m3,DS 磷石膏庫(kù)內(nèi)防洪安全分析按照全面積匯流計(jì)算,不考慮周邊截水溝攔截作用。按照500 年一遇形成的一次24h 洪水總量為29.62×104m3,因此現(xiàn)狀條件下庫(kù)內(nèi)調(diào)蓄庫(kù)容遠(yuǎn)大于一次性洪水總量,可容納500 年一遇工況下一次洪水總量。

    通過(guò)現(xiàn)狀調(diào)洪演算分析,在500 年一遇洪水運(yùn)行工況下,DS磷石膏庫(kù)內(nèi)調(diào)蓄庫(kù)容遠(yuǎn)大于500 年一遇形成的一次24h 洪水總量,考慮極端情況下DS 磷石膏庫(kù)內(nèi)兩次500 年一遇形成的一次24h 洪水總量相互疊加,當(dāng)洪水占用場(chǎng)內(nèi)調(diào)蓄庫(kù)容59.24×104m3,洪水期場(chǎng)內(nèi)最高洪水位為402.1m。

    2.2.2 截水溝防洪安全復(fù)核截水溝為清污分流,不參與DS 磷石膏庫(kù)防洪能力計(jì)算,其防洪能力按照50 年一遇進(jìn)行復(fù)核,截水溝過(guò)流能力按照明渠均勻流公式計(jì)算。

    經(jīng)計(jì)算,當(dāng)截水溝內(nèi)下泄流量為截水溝以上對(duì)應(yīng)匯水面積內(nèi)50 年一遇洪峰流量2.59 m3/s 時(shí),溝內(nèi)水深為0.47m,相應(yīng)安全超高為0.33m,截水溝防洪能力滿(mǎn)足相應(yīng)要求。

    3 尾礦堆積壩穩(wěn)定分析

    分別考慮壩內(nèi)正常水位、洪水水位、地震+洪水水位三種工況,計(jì)算壩體內(nèi)侵潤(rùn)線(xiàn)位置、水力坡降。正常水位以目前該壩內(nèi)水位為準(zhǔn),根據(jù)該磷石膏廠(chǎng)勘察資料得,正常水位位于高程398.0m;洪水水位根據(jù)調(diào)洪演算得知,位于高程402.1m,安全超高為6.6m,大于尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50863-2013)中規(guī)定的三等庫(kù)滿(mǎn)足最小安全超高0.7m,符合條件。該壩體場(chǎng)地地震基本烈度為Ⅵ度,計(jì)算時(shí)取地震加速度值為0.05g。

    3.1 壩體滲透穩(wěn)定性分析方法

    滲透計(jì)算選用有限單元法,設(shè)置邊界條件,計(jì)算浸潤(rùn)線(xiàn)位置,壩體和壩基的滲流量以及壩體出逸段的水力坡降[3]。

    有限單元法是用有限個(gè)單元的集合體代替連續(xù)的滲流場(chǎng),單元間的結(jié)合點(diǎn)稱(chēng)結(jié)點(diǎn)。選擇簡(jiǎn)單的函數(shù)關(guān)系近似地表示單元上的水頭分布,最后解得滲流場(chǎng)節(jié)點(diǎn)處滿(mǎn)足一定精度的水頭值。

    3.2 壩體抗滑穩(wěn)定性分析方法

    根據(jù)《尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50863-2013),尾礦壩的抗滑穩(wěn)定性應(yīng)根據(jù)壩體材料及壩基巖土的物理力學(xué)性質(zhì),考慮各種荷載組合,經(jīng)計(jì)算確定。尾礦壩穩(wěn)定計(jì)算采用規(guī)范推薦的簡(jiǎn)化畢肖普法(總應(yīng)力)。

    3.3 DS 磷石膏庫(kù)穩(wěn)定最小安全系數(shù)

    本地區(qū)地震烈度為6 度,采用畢肖普法計(jì)算時(shí),根據(jù)《尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定,在壩體穩(wěn)定性計(jì)算分析中,考慮正常運(yùn)行、洪水運(yùn)行、特殊運(yùn)行三種工況。得出DS 磷石膏庫(kù)壩坡抗滑穩(wěn)定的最小安全系數(shù)指標(biāo)為:水位處于正常水位時(shí),K≥1.30;水位處于最高洪水位時(shí),K≥1.20;水位處于最高洪水水位且遇到設(shè)計(jì)烈度地震時(shí),K≥1.15。

    3.4 軟件計(jì)算及結(jié)果分析

    計(jì)算軟件采用Autobank 軟件[2][4]。Autobank 軟件是由河海大學(xué)針對(duì)我國(guó)水利行業(yè)的要求而設(shè)計(jì)的,采用有限元技術(shù),可對(duì)堤防、土壩、涵洞、水閘等水工建筑物進(jìn)行詳細(xì)的分析計(jì)算。它可將滲流、穩(wěn)定、應(yīng)力計(jì)算實(shí)現(xiàn)一體化,使各計(jì)算階段無(wú)縫結(jié)合。通過(guò)計(jì)算,可以獲得浸潤(rùn)線(xiàn)位置、所有節(jié)點(diǎn)水頭值、不同百分比的等勢(shì)線(xiàn)等成果。該程序輸入?yún)?shù)較少,使用簡(jiǎn)便,同時(shí)計(jì)算結(jié)果具有較高的精度,可以滿(mǎn)足實(shí)際工程的技術(shù)和精度要求。

    選取最大壩高截面作為計(jì)算剖面。使用Autobank 水工結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)建立材料分區(qū)模型、有限元網(wǎng)格模型。

    磷石膏及壩體物理力學(xué)參數(shù)參考國(guó)內(nèi)已有工程選取,壩基基巖物理力學(xué)參數(shù)根據(jù)企業(yè)相關(guān)報(bào)告確定。計(jì)算所選取各種參數(shù)如表2、表3 所示。

    表2 巖土層滲透系數(shù)表

    表3 抗滑穩(wěn)定計(jì)算物理力學(xué)指標(biāo)

    在正常運(yùn)行、洪水運(yùn)行及特殊運(yùn)行(洪水+地震)工況下,抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果匯總與評(píng)估如表4 所示。

    表4 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果匯總

    4 結(jié)論

    本文研究了DS 磷石膏庫(kù)資料,利用資料進(jìn)行了調(diào)洪演算與穩(wěn)定性分析計(jì)算。

    經(jīng)調(diào)洪演算分析,在500 年一遇洪水運(yùn)行工況下,DS 磷石膏庫(kù)內(nèi)調(diào)蓄庫(kù)容遠(yuǎn)大于500 年一遇形成的一次24h 洪水總量。截水溝防洪能力滿(mǎn)足相應(yīng)要求。

    經(jīng)穩(wěn)定性分析計(jì)算,DS 磷石膏庫(kù)在正常運(yùn)行、洪水運(yùn)行、特殊運(yùn)行(洪水+地震)的工況之下抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)分別為1.39515,1.20112,1.15129,分別大于規(guī)范值1.30,1.20,1.15。

    結(jié)合分析結(jié)果,本文建議DS 磷石膏庫(kù)按照國(guó)家有關(guān)規(guī)定進(jìn)行“三同時(shí)”管理,做到本質(zhì)安全;加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理;加強(qiáng)安全檢查;隱患及時(shí)治理;加強(qiáng)安全培訓(xùn)教育:加強(qiáng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控;制訂應(yīng)急預(yù)案并演練,有備無(wú)患。

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