某擬建尾礦庫壩體穩定性分析

吳曉鷗 顧坤和

摘 要：根據擬建尾礦庫的地勘和設計，采用滑楔法即折線法、瑞典圓弧分別對初期壩和最終壩體進行穩定性計算，以確定該尾礦庫壩體是否符合安全要求。

關鍵詞：尾礦庫；壩體穩定性；分析

1 尾礦庫概況

擬建尾礦庫位于該公司選廠下游東南側，距選礦廠直線距離約3.31km，庫區庫位于秦嶺東段南麓，屬低中山區，山體坡度在20～40°間，礦區內沖溝呈南北向樹枝狀展布，沖溝多呈V型溝，庫區長約2.4km，溝谷呈V字型。全庫容1534.43萬立方米，總壩高98m，屬于III等尾礦庫。

2 壩體情況

初期壩壩型采用碾壓堆石壩型。軸線壩高38m，壩頂標高695.0m，壩頂寬4.0m，上游壩面坡比1：1.75，下游壩面坡比1：2.0。上游壩面設干砌塊石護坡，土工布反濾層及其支持層、保護層；下游壩面設干砌石護坡。標高680.0m、665.0m各設一級馬道，馬道寬2.0m，馬道內側修筑馬道排水溝，在壩體與岸坡結合處設截水溝，將兩岸及壩面匯聚的雨水由排水溝及截水溝排出，避免對壩體的沖刷侵蝕。

后期堆積壩采用上游式尾礦筑壩方法，即利用投入的尾礦自身逐級向上游沖填筑壩。尾礦堆積壩最大堆積高度60.0m，最終設計堆積標高755.0m，沖填平均外坡1：5.0。堆積壩每升高10m設一級馬道，馬道寬5m，在馬道內側及壩面與兩岸坡結合處設排水溝，以保護壩面免受水流沖蝕。后期壩下游面覆土種植草皮。

在堆積壩體內布置集、排滲管將壩體內滲流水引至馬道排水溝，以降低壩體浸潤線，將尾礦庫浸潤線的高度控制在6-8m，以利于尾砂的脫水、固結，且排滲管長度不小于50.0m，間距10.0m。每上升10m布置一層排滲管網。必須確保沖填外坡不陡于設計坡比。在與岸坡結合處設截洪溝，以排放岸坡雨水。

3 地質情況

擬建尾礦庫位于秦嶺褶皺系南秦嶺印支褶皺帶白水江-白河褶皺束東段武當穹隆北緣。區內構造線總體呈近東西向，區域構造表現為由北向南依次為褶皺帶、穹隆帶、褶皺帶相間分布的格局。穹隆帶主要有趙川穹隆、大明洞穹隆等；褶皺有冷水河-白浪復式倒轉向斜；斷層主要有十里坪-范家斷裂和大西溝-關帝廟-小白巖河斷裂。

根據勘察結果，在絹云石英鈉長片巖中無成層性良好的軟弱夾層。巖層傾角近似43°，層間結合基本良好，抗剪強度較高，巖體結構面雖較發育，但各結構面粗糙咬合，抗剪強度較高。因此壩基砌置于中風化絹云石英鈉長片巖中，以保證壩基的穩定性。

尾礦堆場巖體透水性良好，滲流方向基本與巖體構造的優勢方向一致，第四系碎石、含礫粉質粘土、基巖屬弱-微透水層。

4 壩體穩定性分析

4.1 分析方法

本次尾礦庫壩體穩定性分析初期壩采用滑楔法即折線法，最終壩體采用瑞典圓弧分析計算評價。

4.2 初期壩的穩定性分析

按洪水情況下穩定計算，初期壩采用堆石筑成，粘聚力為零；根據《碾壓式土石壩設計規范》采用滑楔法即折線法進行初期壩壩坡的穩定計算。

根據所示的計算結果，初期壩體下游坡最小抗滑穩定安全系數為1.423，大于規范規定的最小安全系數1.15；因此，該尾礦庫初期壩壩坡在洪水情況下是穩定的。

4.3 最終壩體的穩定計算

尾礦庫初期壩采用堆石壩，后期堆積壩為尾礦渣堆積壩，初期壩相當于堆積壩的一個排水棱體，根據設計院提供參數，其滲透系數分別為2.31×10-4m/s、3.75×10-6m/s。浸潤線簡圖如圖2所示。

圖2 尾礦庫浸潤線位置圖

4.3.1 計算參數的選取

初期壩、后期堆積壩穩定性計算參數如表2所示：

表2 壩體穩定計算參數

4.3.2 最終壩體的穩定計算

由于該地區的地震烈度等級為6級，依據抗震設計規范，可以不計算地震作用工況，只計算在最高洪水位下的壩坡穩定性。

后期堆積壩為尾礦渣堆筑，初期壩為堆石料堆筑，從安全角度出發，最終壩體的穩定計算按照最不利情況，即當壩體堆積到最終壩高時的情況進行計算。計算工況為庫區發生設計洪水、庫內為最高洪水位、灘面為最小干灘長度情況下，尾礦壩外邊坡的穩定安全性。

按照《碾壓式土石壩設計規范》規定，應采用瑞典圓弧（條分）法進行最終堆積壩的穩定計算，結果見表3。

表3 最終壩高時壩坡穩定計算成果表

經過計算，最高洪水時壩坡最小抗滑穩定安全系數正常情況下為1.494，大于《規范》規定的最小安全系數值1.25。因此，該尾礦庫的壩坡是安全的。

圖3 最危險滑弧位置圖

5 結束語

通過采用滑楔法即折線法、瑞典圓弧分別對初期壩和最終壩體進行穩定性計算分析評價，該尾礦庫壩體穩定滿足規范要求，壩體是安全的。

參考文獻

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