淺析尾礦庫巖土勘察技術與壩體的穩定性評價

賈貴毓　羅俊

（江西省建筑設計研究總院　江西　南昌　330000）

淺析尾礦庫巖土勘察技術與壩體的穩定性評價

賈貴毓羅俊

（江西省建筑設計研究總院江西南昌330000）

作為礦山中較大危險源，尾礦庫近年來發展過程中要求注重采用巖土勘查技術并科學評價壩體穩定性。尤其針對尾礦庫運行過程中存在的問題，其穩定性狀況對尾礦庫安全具有極大的影響。這就要求在利用巖土勘察技術過程中注重結合現代鉆探技術、工程物探技術以及坑探技術等，并從其物理力學性質角度以及滲流特征等方面進行穩定性的評價，確保尾礦庫能夠安全運行。本文主要對尾礦庫的基本概述、尾礦庫巖土工程勘察技術分析以及尾礦壩壩體滲流與抗滑兩方面穩定性進行探析。

尾礦庫；巖體勘察技術；壩體穩定性

前言

從我國當前尾礦壩的現狀分析，其多以上游式尾礦筑壩呈現，極易出現穩定性問題。特別其中涉及的抗滑與滲流穩定性很大程度上影響尾礦庫的安全，對此現狀充分利用當前巖土勘察技術并做好壩體穩定性評價工作，以促進尾礦庫的可靠運行。因此對巖土勘察技術在尾礦庫中的應用以及壩體穩定性評價分析具有十分中用的意義。

1　尾礦庫的基本概述

研究尾礦庫過程中，首先需提及尾礦的概念，其具體指為從金屬礦山或非金屬礦山中進行精礦選取后所遺留的廢渣，不僅在數量上比較龐大，而且其中存在的有害成飛也極易造成環境污染以及河道淤塞的情況。因此，通過在谷口處進行壩體的構建或采用圍地的方式構建尾礦排放的場所，即尾礦庫。常見的尾礦庫主要由回水系統、排洪系統以及對村系統等構成。而在類型上又表現為谷型尾礦庫、傍山型尾礦庫、平地型尾礦庫以及戴河型尾礦庫。其中谷型尾礦庫主要指通過筑壩在山谷谷口所形成的尾礦庫，如常見的大中型尾礦庫均為谷型尾礦庫；傍山型尾礦庫形成過程中通常采用依山筑壩的方式，多集中在低山丘陵地區；平地型尾礦庫筑壩過程中主要集中在沙漠或平原地帶；而戴河型尾礦庫所采取的筑壩方式主要為河床的上下端截取，但這種方式難以進行維護管理，在我國比較少見[1]。圖1所示為國內常見的谷型尾礦庫。

圖1　

2　尾礦庫巖土工程勘察技術分析

以華北地區某鐵礦尾礦庫為為例進行勘查技術應用的具體分析，其尾礦庫運行過程中的設施主要包括初期壩與尾礦堆積壩以及回水與排洪設施。其中初期壩不存在塌陷與鼓脹現象，但在壩底出常滲出少量水。在通過現場踏勘中，測量尾礦堆積壩的壩高為46m，壩頂高程約為320m，水深控制約為15m，而外坡比為1：1.86，由此可分析其輪廓尺寸的設計能夠滿足要求，不存在滑坡或裂縫等現象，運行較為正常。在回水系統與排洪系統中采用的方式主要以排水斜槽方式為主，其適合該庫區的地形特征。而在區域自然地理情況中發現，庫區自然地理環境表現為降雨季節比較集中，地質情況較為穩定，所以采用谷型尾礦庫。

2.1勘察技術應用的方案設計

根據該區尾礦庫特征，在應用勘察技術過程中首先進行勘察方案的設計。其具體包括勘察的目的、工作方式以及工作量等方面內容。其中勘察的目的主要為對當前尾礦庫壩體穩定性進行分析，并根據其中影響壩體穩定性的因素提出針對性的解決策略，以此為尾礦庫的環境與安全方面的評價提供可供參考的依據。而勘察方式所選擇的主要利用現代鉆探技術以及包括靜力觸探以及標準貫入在內的原位測試方式。根據具體勘測要求規定，完成勘察工作量。

2.2巖土工程勘察技術的具體應用

應用巖土工程勘察技術過程中，采用的鉆探方式主要將地下水位以下的泥漿護壁回轉鉆進與地下水位以上螺紋鉆桿鉆相結合，并對原狀尾礦砂試樣。但此時為保證尾礦砂密實度的評價更為準確，應利用到原位測試方式中的標準貫入試驗。在分析尾礦砂滲透系數中所采取的方式主要為單環法，而評價建筑材料受尾礦水影響中利用的主要為尾礦水試樣分析。根據相關的技術標準，對所采取的尾礦土與尾礦砂等做好試驗工作以使其物理力學性質得以正確評價，并為壩體的抗滑穩定性與滲流穩定性評價提供依據。通過試驗結果將尾礦材料可具體概括為尾粉質粘土、密實狀態的層尾粉細砂以及較為松散的層尾粉細砂。同時，試驗過程中所測的的初期壩在物理力學指標經驗值上主要表現為以22.0kN/m3重力密度、2kPa與37°的抗剪強度以及0.01cm/s的滲透系數。而對尾礦堆積壩采用原位測試的勘察技術過程中，發現隨深度的增加，尾礦砂的密度呈逐漸上升趨勢。在踏勘過程中由于存在壩底滲水的現象，對此應用勘察技術過程中利用鉆孔方式對水位進行實測，發現放礦過程中尾礦堆積水位呈升高趨勢，而且受交錯層理影響，使含水層滲透型在水平方向表現極大，由此出現水下滲情況。因此通過鉆探技術以及包含標準貫入與靜力觸探方式在內的原位測試方法相結合的勘察技術能夠將尾礦堆積材料的性質、沉積規律以及滲流特征進行分析[2]。

3　尾礦壩壩體抗滑與滲流穩定性分析

尾礦庫的穩定運行及尾礦庫下游人們生產生活多受壩體穩定性影響，尤其近年來國內外頻發的尾礦壩潰壩現象也成為社會關注的重要內容。在實際分析壩體穩定性過程中需以當前相關技術規范為標準，將洪水運行以及尾礦庫運行比較正常的情況下，對處于靜力狀態下的抗滑與滲流穩定性進行分析，以此實現綜合評價壩體的整體穩定性。

3.1對壩體抗滑穩定性的分析

在分析尾礦壩壩體穩定性過程中需引用相應的理論方式如瑞典條分法、Bisop法。例如，當尾礦壩壩體保持在圓弧形滑裂面狀態下，對壩體靜力狀態下尾礦庫內的最高洪水位標高315.3m以及當前水位標高314m條件下的抗滑安全洗漱進行計算，能夠判斷尾礦堆積壩體存在局部不穩定的情況，但不會對整體滑坡的穩定性造成影響。

3.2對壩體滲流穩定性的研究

現階段對尾礦庫滲流穩定性分析過程中常用的軟件主要為理正滲流分析軟件，其對于土地滲流情況、閘壩滲流分析等較為適用，而采取的分析理論主要以達西定律為主。其具體指為若尾礦堆積體中存在滲透水流動的情況，所做的層流運動以低雷諾數為主，并保持水力坡度與水流速數值的正比關系。在進行參數決定過程中，需確定計算的參數與剖面并做好滲流穩定性計算分析。特別在計算滲流穩定性過程要求考慮洪水運行工況下滲流狀況，如圖2為洪水運行狀態下壩體浸潤線圖示。

圖2　

由圖2可分析當洪水運行狀態，若標高保持在315m左右，其透水性在初期壩中表現極好，即使侵潤線在壩體深處，但并未在壩坡處溢出，所以若洪水運行工礦正常且水位比較正常的條件下，壩體滲流穩定性較好。因此，在實際分析壩體滲流穩定性過程中，需注意分析洪水運行以及尾礦庫運行是否正常，確保在靜力狀態下得出壩體滲流穩定性的分析結果。以往學者研究過程中除考慮壩體滲透穩定性與抗滑穩定性方面外，也注重安全風險、動力特性以及壩體的變形特性等方面的研究。其中在安全風險評價方面，國內當前大多尾礦庫無論從施工設計、技術應用、尾礦庫選址以及投入使用后都存在一定的安全問題，其是導致尾礦庫事故發生的重要原因。而在動力特性方面，由于我國尾礦壩采用的建造方式主要以上游法為主，使其中存在的尾礦粉顆粒在震動作用下很容易受到破壞，其對壩體的整體穩定性也有重要影響。另外，在壩體變形特性方面，當前主要采用灰色模型法以及神經網絡法以做好壩體監測研究工作。因此，為保證尾礦庫能夠正常運行，無論在建設中或實際投入使用過程中都需適時對其穩定性進行分析[3]。

4　結論

我國大部分尾礦壩多為上游式尾礦筑壩，其整體穩定狀況對尾礦庫安全運行具有重要影響。因此在利用巖土勘察技術過程中需注重鉆探技術以及原位測試等相結合方式的應用，并根據相關的分析壩體穩定性的軟件以及計算方式分析壩體穩定性，特別需做好尾礦庫排洪能力的校核以及觀測壩體浸潤線等工作，減少尾礦庫存在的安全隱患。

[1]王琢.尾礦庫巖土勘察技術及壩體穩定性評價研究[D].燕山大學，2013.

[2]費維水.尾礦壩穩定性分析中的若干問題研究[D].昆明理工大學，2013.

[3]鄭銳.尾礦庫壩體穩定性指標體系建立及評價方法的研究[D].西安建筑科技大學，2011.

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2015-4-22