某尾礦庫壩體滲流計算與壩坡穩定計算分析

喬連朋 范向偉 解偉

摘 要：選取不同工況，利用理正滲流穩定分析計算軟件和理正邊坡穩定分析軟件，分別對尾礦庫初期壩進行滲流計算與邊坡穩定計算及分析，結果表明：各種工況下壩體單寬滲流量遠遠小于允許單寬滲流量，浸潤線位置較低可滿足要求，壩坡的抗滑穩定系數均大于對應工況下的壩坡抗滑穩定最小安全系數，滿足規范要求，尾礦庫初期壩壩體穩定。

關鍵詞：尾礦庫；滲流計算；壩坡穩定；透水堆石壩；浸潤線

中圖分類號：TV139.14 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2017）03-0098-03

Abstract： Selecting the different conditions， using Lizheng software about analysis of seepage stability and slope stability of tailings pond， the seepage and slope stability of the early stage dam was calculated and analyzed. The results showed that the single wide seepage flow was far less than the allowable discharge of seepage under different conditions； The location of the phreatic line was low， which could meet the requirements； All the anti-sliding stability coefficient of the dam slope were greater than the stability minimum coefficient corresponding to different conditions， which meet the requirements； The early dam of tailings pond was stable.

Keywords： tailings pond；seepage calculation；slope stability；permeable rock fill dam；infiltration line

1 工程概況

河南省某尾礦庫初期壩為碾壓式透水堆石壩，壩高23m，壩頂寬3.5m，外坡坡比1∶1.75，內坡坡比為1∶1.6，壩軸線長為105.7m。在初期壩底部設置排滲褥墊。在壩高13m處，外坡設置一條寬度2m的馬道。尾礦庫內現狀尾砂堆積最大高度為21m。

2 滲流穩定理論與計算

2.1 滲流穩定計算理論

尾礦庫壩體穩定性分析目的是為尾礦庫的安全性作出評價或為整體設計提供技術參數[1，2]。工程實際中，初期壩使用透水堆石壩較為廣泛，由于透水堆石壩的滲透性規律較復雜，目前關于此類尾礦壩的滲流計算方法尚不成熟。之前在工程實際中較多參照斜墻堆石壩滲流計算方法進行計算[3]。

近年來，有限元的思想逐漸引入到了水壩的滲流分析中，并隨著研究成果的深入，在滲流分析中，利用有限元解決復雜滲流問題已成為水利工程滲流分析的重要途徑[4]。從水壩滲流穩定法分析方法中得到啟發，尾礦壩的滲流穩定分析也逐漸開始使用有限元的思想解決。

2.2 滲流穩定計算

2.2.1 壩體滲流穩定計算。該尾礦庫滲流分析采用北京理正軟件設計研究院開發的理正滲流分析計算軟件進行計算。

計算模型的選取：根據該尾礦庫運行情況，模擬正常水位運行和最高洪水位運行2種工況[5]，其正常水位和最高洪水位分別是21.5m和22.24m，下游水位均0m。該尾礦庫采用的計算參數見表1。

采用AutocAD建立模型，x軸垂直于壩軸線方向，指向下游為正；y軸為豎直方向，指向上為正方向。通過理正軟件進行，滲流計算結果見表2。

根據滲流計算結果進一步計算分析，可得出該尾礦庫初期壩的浸潤線，2種工況下浸潤線位置分別如圖1和圖2所示。

2.2.2 壩坡抗滑穩定性計算。該尾礦庫所在地區抗震設防烈度為6度。壩體穩定計算分以下3種工況，工況Ⅰ：正常運行=正常水位+壩體自重；工況Ⅱ：洪水運行=最高洪水位+壩體自重；工況Ⅲ：特殊運行=最高洪水位+壩體自重+地震（6度）。壩體材料物理力學指標見表3。

根據瑞典圓弧條分法理論，采用總應力圓弧法進行壩坡穩定計算。使用理正邊坡穩定分析軟件進行壩坡的抗滑穩定系數計算與分析。坡面線段數取5，具體控制參數見表4。通過計算，其2種工況的穩定計算結果見表5。

3 計算結果與分析

3.1 壩體滲流穩定分析

根據2種工況的滲流計算結果可得，2種工況下的單寬滲流量分別是2.83×10-5、7.94×10-5m3/（s·m），均遠遠小于臨界單寬滲流量。由浸潤線計算結果可知，從上游向下游均呈明顯下降趨勢，到下游溢出口處庫底高差分別為1.275、3.571m，溢出口位置均較低。通過觀察浸潤線位置可知，相對于壩體總高度，壩體浸潤線位置較低。該尾礦庫壩體在2種工況下運行均屬于低水位滲流狀態，滲流量適中，與實測滲流量基本一致，尾礦庫初期壩可滿足尾礦庫壩體的排滲要求。

3.2 壩坡滲流穩定分析

目前，該尾礦庫的等別為五等庫，3種工況下壩坡穩定計算的滑動安全穩定系數分別為1.275>1.15、1.216>1.05、1.187>1.00，符合五等庫在各種工況下運行期的安全穩定系數值，滿足規范要求，所以該尾礦庫初期壩壩坡穩定。

4 結語

通過計算分析可知，不同工況下壩體單寬滲流量與浸潤線位置均符合相關規范的要求，不同工況下壩坡抗滑穩定系數均滿足對應工況下的規范要求，壩體整體處于安全狀態。結合尾礦庫的現狀，印證該方法進行尾礦壩壩體穩定分析的合理性，該方法進行穩定計算分析較簡便易行且計算結果可靠，具有一定實用性。

參考文獻：

[1]王淇，盛建龍，鄧靜.芙蓉坡尾礦庫壩體穩定性分析[J].有色金屬（礦山部分），2012（1）：39-44.

[2]汪曉霖.尾礦庫防洪安全監測分析[J].工業安全與環保，2010（6）：59-64.

[3]尾礦設施設計參考資料[M].北京：冶金工業出版社，1980.

[4]胡良明，李玉濤，胡云鶴，等.塢羅水庫土石壩綜合防滲效果分析[J].人民黃河，2011（6）：110-111.

[5]廖嗚宇，張立勇，羅榮，等.龍鳳水電站閘基滲流穩定分析[J].人民黃河，2013（9）：114-118.