某尾礦壩不同庫水位對浸潤線影響的研究

摘? 要：采用快速拉格朗日分析法FLAC軟件模擬了壩體標(biāo)高334m時在低水位、正常水位、洪水位運行工況下的滲流場變化規(guī)律，得出了尾礦壩不同庫水位對浸潤線影響的規(guī)律。

關(guān)鍵詞：尾礦壩;快速拉格朗日分析;滲流場;浸潤線

尾礦庫（壩）是礦山重要的生產(chǎn)設(shè)施，也是重要的危險源，國內(nèi)外尾礦庫的重大事故時有發(fā)生，對下游居民的生命財產(chǎn)造成嚴重威脅，也將給企業(yè)帶來不可估量的損失，在社會上造成極壞的影響^[1-3]，做好尾礦壩的安全管理工作，提高壩體穩(wěn)定性尤為重要。在庫水位一定時，壩體橫剖面上穩(wěn)定滲流的自由水面線（或滲流頂面線）叫浸潤線，它是影響尾礦壩壩體安全穩(wěn)定性的一個重要因素，是控制著尾礦壩正常運營的生命線^[4]。提高排水口的排泄能力，可以有效降低尾礦庫庫內(nèi)水位高程和增大庫內(nèi)水邊線與壩頂之間的相對距離，這樣可以達到降低壩體浸潤線，但是在暴雨期，大的徑流流入時，控制尾礦庫庫內(nèi)水對地下水位的影響是很難做到的，本文主要利用快速拉格朗日分析（FLAC）軟件通過對地下水滲流場的計算，模擬出尾礦壩地下水的變化情況，這樣將有助于尾礦庫的安全生產(chǎn)與管理。

一 基本假定

根據(jù)某尾礦壩的場地條件及筑壩的特點，對尾礦壩滲流場的計算分析作以下假定：

1、為了能更好地反映壩體的整體穩(wěn)定性，計算中將部分薄層透鏡體與周圍土層進行了適當(dāng)?shù)暮喜?，所以，對某尾礦壩的土層劃分為基巖、初期壩、子壩、尾粉細砂、尾粉土、粘土;

2、某尾礦壩土層中的地下水滲流運動的規(guī)律符合達西定律。

二 網(wǎng)格劃分和邊界條件

（一）網(wǎng)格劃分

根據(jù)尾礦壩現(xiàn)狀的幾何形狀和尺寸，對某尾礦壩進行了有限差分網(wǎng)格劃分及監(jiān)測點分布見圖1。

（二）邊界條件

某尾礦壩滲流場計算模型的左右邊界以尾礦壩上下限為界，底部向下取到260m高程，底部邊界在x和y方向的運動固定，左右邊界在x方向的運動固定，右邊界和底部基巖按照不透水考慮。

三 計算工況

本次計算主要考慮低水位（60m）、正常水位（65m，即安全超高10m）、洪水位（74.3m，即安全超高0.7m）三種工況。

四 計算結(jié)果

從某尾礦壩不同庫水位的孔隙水壓力變化云圖來看：不同的庫水位主要影響尾礦壩上游部分的孔隙水壓力的變化，隨著庫水位的降低，尾礦壩上游部分的孔隙水壓力也跟著降低。根據(jù)有效應(yīng)力原理可以知道，孔隙水壓力減小（降低），有效應(yīng)力就增大，而有效應(yīng)力增大有利于提高尾礦材料的抗剪強度，從而有利于尾礦壩壩體的穩(wěn)定性。而對尾礦壩中下游部分來說，水位的高低對孔隙水壓力的變化影響不大。不同庫水位導(dǎo)致孔隙水壓力的變化，從而也使飽和區(qū)與非飽和區(qū)的分布發(fā)生了變化。

隨著庫水位的降低，壩體上游部分的飽和區(qū)范圍減小，非飽和區(qū)范圍增大，非飽和區(qū)的增大有利于壩體的穩(wěn)定;而對尾礦壩中下游部分來說，水位的高低對飽和區(qū)與非飽和區(qū)的變化影響不大。

由于飽和區(qū)與非飽和區(qū)的分界線為潛水自由水面，而潛水自由水面與壩體橫剖面的相交線為壩體浸潤線，所以進而得出不同庫水位與浸潤線的關(guān)系，即隨著庫水位的降低，壩體上游部分的浸潤線位置也降低，浸潤線越低對壩體穩(wěn)定性越好。

五 結(jié)語

為確保尾礦庫的安全穩(wěn)定運營，那么進行預(yù)測尾礦庫滲流場的變化規(guī)律是非常重要的。通過進行數(shù)值模擬可以預(yù)測到尾礦庫滲流場的變化規(guī)律，為防止尾礦壩產(chǎn)生滲流變形和壩面溢出提供依據(jù)，為工程設(shè)計和管理運營提供依據(jù)。根據(jù)數(shù)值模擬計算可以得到以下結(jié)論：

（一）尾礦壩在各種工況下的浸潤線位置按由高到低排列為洪水位、正常水位、低水位，說明降低庫水位有利于降低浸潤線的位置。

（二）降低庫水位對于尾礦壩上游浸潤線位置的降低有效果，但對中下游浸潤線的位置卻影響不大，這是由于中下游浸潤線除了受到庫水位的影響外，還與土層分界有關(guān)，如果只改變庫水位，而不改變土的分層界限，那么中下游浸潤線的位置改變就不明顯了。

（三）為了提高壩體的穩(wěn)定性，建議在尾礦壩日常管理過程中注意控制尾礦庫的水位，保證尾水回收利用下，合理安排排水設(shè)施，盡量降低庫水位，提高壩體的穩(wěn)定性，保障尾礦庫（壩）的安全穩(wěn)定運營。

參考文獻

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[3]? 魏勇，許開立，鄭欣.淺析國內(nèi)外尾礦壩事故及原因[J].金屬礦山，2009，397（7）：139-142

[4]? 衛(wèi)修保等 尾礦工[M].北京市：氣象出版社，2002，【ISBN號】7-5029-3381-6

[5]? 何仕朝.某尾礦壩滲流計算及地震動力響應(yīng)分析[D].長安大學(xué)2013

作者簡介：何仕朝， 男， 廣西南寧， 1986年10月，碩士，助教，研究方向：工程造價，建筑施工。