基于滲流場的尾礦壩穩定性分析

郭偉 何華剛 代嵐

摘 要：本文對考慮滲流場情況下的尾礦壩穩定性進行了研究，通過對不同干灘長度、初期壩滲透性等10種工況進行模擬，得出了干灘長度、初期壩滲透性對尾礦壩穩定性的影響規律，對維持尾礦庫的安全運行具有一定的指導意義。

關鍵詞：尾礦壩；滲流場；穩定性

隨著工業的不斷發展，對礦產品的需求也不斷增加，我國礦業也得到了迅速的發展。隨之而來的問題就是尾礦壩數量的顯著增加，堆積壩的不斷增高，并且其中大部分尾礦庫存在超期服役、帶病運行等問題。大部分潰壩事故都是與滲流有關的，據國內外調查資料發生事故的大壩中，由滲透破壞引起的約占40%，滑坡破壞也有15%左右[ 1 ] [ 2 ]。為保證尾礦壩的正常運行，對尾礦壩滲流進行分析，研究浸潤線影響下的尾礦壩穩定性很有必要。本文以某尾礦庫為研究對象，采用滲流理論和極限平衡法等方法，通過GeoStudio軟件對尾礦壩滲流場和穩定性進行了模擬，得出滲流場對尾礦壩穩定性的影響規律。

1 模型的建立

某尾礦庫初期壩形式是堆石壩，壩底高70米，壩頂高程是100米，壩高最大為30米；馬道寬2米，修筑在高度85米處，馬道以上的下游邊坡坡比為1∶1.75，上游邊坡坡比為1∶1.5，馬道以下上下游邊坡的坡比為1∶1.75，壩軸線長172.15米，壩頂寬4米，壩底寬107.25米；上游壩坡面構造由內到外依次為：堆石壩體—四十厘米厚礫（碎）石墊層—土工布—二十厘米厚砂礫石—三十厘米干砌石護坡，下游壩面亦設厚三十厘米干砌石護坡。子壩由尾砂堆積而成，壩高為1米，坡比1∶1.25，總體坡比為1∶4。本文對尾礦壩進行滲流分析時，土-水特征曲線是根據GeoStudio軟件中提供的樣本函數來確定的；滲透系數函數是根據各層土的土—水特征曲線和相應的飽和滲透系數來估計的。

2 尾礦壩滲流分析

本文針對不同干灘長度、庫水位和不同初期壩排水情況兩類工況下的滲流進行了分析，共選取了10種工況。

3 尾礦壩穩定性分析

GeoStudio軟件可以直接進行穩定性分析計算，根據勘察報告得到各土層土性指標，另外根據前文滲流分析所選取的10種工況和分析結果，對尾礦壩穩定性進行計算分析。結果如下表3所示：

該尾礦庫壩高77m，根據《尾礦庫安全技術規程》[ 3 ]可知其為三等尾礦庫，正常情況下最小安全系數為1.20，洪水情況下最小安全系數為1.10。從上表可以看出對于干灘長度從68.91m減小到44.07m，安全系數也從1.736減小至1.650，減小了0.086，改變了4.95%。對于滲透系數從0.001m/s減小到0.000003m/s，安全系數從1.704減小到1.306，減小了0.398，改變了23.4%。對于滲透系數從0.001m/s減小到0.000003m/s，安全系數從1.586減小到1.257，減小了0.329，改變了20.7%。

4 總結

從上面的計算結果可以發現該尾礦壩在當前壩高時，壩體是穩定的，在不同工況下，雖然安全系數有所變化，仍是穩定的。在正常運行情況下，隨著庫水位的增加，干灘長度的減小，尾礦壩安全系數雖然有所減小，但安全系數仍能滿足要求。隨著初期壩滲透系數的降低，尾礦壩安全系數逐漸減小，但仍能滿足規程要求。在洪水水位下，隨著初期壩滲透系數的降低，尾礦壩安全系數逐漸減小，但仍能滿足規程要求。對于初期壩排滲良好和排滲不良，就算庫水位到達洪水水位，尾礦壩也能保持良好狀態。初期壩開始不排水時，安全系數都偏小，尾礦壩的穩定性顯著降低，因此，需要特別注意。初期壩的排滲情況對尾礦壩的安全系數影響更大，正常水位相對于洪水水位安全系數的變化幅度更大，排滲不良時的安全系數都小于排滲良好時的安全系數。所以，保持初期壩滲透良好具有重要意義。

參考文獻：

[1] 李君純.我國水庫大壩安全的狀況及前景.96《水庫大壩安全》科技研討班講義[D].國家科委上海培訓中心印，1996.11：33-42.

[2] 張秀玲，文明宣.我國水庫失事的統計分析及安全對策探討[D].水利工程管理論文集.第三冊，1998：125-130.

[3] 尾礦庫安全技術規程（AQ2006-2005）.

作者簡介：郭偉（1993-），男，湖北荊州人，中國地質大學工程學院安全工程專業。