某尾礦堆積壩穩定性分析

蘭 鵬 潘詩婷 張武淵 林天翔

(南昌大學建筑工程學院,江西 南昌 330031)

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某尾礦堆積壩穩定性分析

蘭 鵬 潘詩婷 張武淵 林天翔

(南昌大學建筑工程學院,江西 南昌 330031)

根據某尾礦堆積壩體安全鑒定的要求,使用瑞典圓弧法分析了尾礦堆積壩體的穩定性,并對各工況下的尾礦堆積壩坡進行了穩定性驗算,得出不同水位運行下抗滑穩定安全系數滿足規范要求。

尾礦堆積壩,穩定性,安全評價,瑞典圓弧法

0 引言

國內的礦山非常多，地表的尾礦堆積壩是礦山的危險源之一，并且危害非常的大。根據最新資料統計,我國已有1 500座尾礦堆積壩,許多尾礦堆積壩都需要進行穩定分析和安全評價,否則尾礦堆積壩的安全問題將會影響整個地區的安定與繁榮[1]。近些年來,我國發生的尾礦堆積壩事故有許多，造成人員傷亡慘重，財產損失數額巨大。其中就包括1985年8月25日在湖南柿竹園尾礦庫發生的尾礦堆積壩潰壩和1992年5月24日在河南灤川縣赤土店鄉鑰礦搶修尾礦庫排洪洞時發生大體規模坍塌的安全事故，這兩起事故造成多人死亡，財產損失不計其數[2]。因此對尾礦堆積壩穩定性分析和安全評價就非常的有必要了。而大壩的穩定分析需要數值分析提供理論依據。其中尾礦堆積壩水位的變化對大壩穩定分析有重要的影響[3]。

研究的該壩體，初期壩為土石壩，高度為10 m，往上為尾礦堆積壩，壩體坡度為1∶5，堆積壩總高度為50 m，水位高程271.57 m。通過對該壩體的研究，可以得到該壩體在不同水位下的抗滑穩定安全系數。

1 尾礦堆積壩體穩定的計算

根據有關規范[4]規定，尾礦堆積壩的初期壩與壩坡的抗滑穩定性的分析結果，需要結合壩體材料及堆積壩基巖土的物理力學性質，并且考慮壩體受到的各種荷載組合確定。當需要考慮地震荷載時，應按有關的設計規范[5]規定進行穩定性分析計算。本次穩定計算決定采用瑞典圓弧法計算。瑞典圓弧法是指假定滑動面為圓柱面及滑動土體為不變形的剛體，并且忽略了土條兩側面上的作用力，使未知量的個數減少，通過對土條底面法向力的平衡和滑動土條力矩平衡求出各土條法向力Ni和穩定安全系數K的表達式。

2 尾礦堆積壩體穩定分析要求

本尾礦庫所在地區地震設防烈度小于6度，根據GB 50191—93構筑物抗震設計規范第23.1.4規定，6度時，尾礦堆積壩可不進行抗震驗算，但應滿足該規范規定的抗震構造和工程措施要求，本尾礦庫為三等尾礦庫，本次計算考慮按7度設防，充分考慮了地震的影響。

本次穩定分析計算考慮了正常運行、洪水運行、特殊運行三種運行條件下的總應力和有效應力。不同的運行條件有不同的荷載類別，通常將荷載類別共分為五類，一類為筑壩期正常高水位的滲透壓力；二類為壩體自重；三類為壩體及壩基中的孔隙壓力；四類為最高洪水位有可能形成的穩定滲透壓力；五類為地震荷載。

在正常運行條件下，總應力分析考慮了一類和二類荷載，有效應力分析考慮了一類、二類和三類荷載。

在洪水條件下，總應力分析考慮了二類和四類荷載，有效應力分析考慮了二類、三類和四類荷載。

在特殊條件下，總應力分析考慮了二類、四類和五類荷載，有效應力分析考慮了二類、三類、四類和五類荷載。

按瑞典圓弧法計算的三等尾礦庫壩坡穩定最小安全系數值見表1。

表1 三等庫壩坡穩定最小安全系數表

3 穩定分析計算剖面

壩體穩定計算剖面選取垂直于尾礦堆積壩軸線處壩高最大位置，相對最不利于壩體穩定的一個典型剖面。典型斷面如圖1所示。

4 壩體穩定分析參數

對該尾礦庫進行分析，具體物理力學指標見表2。穩定性的滲流穩定計算考慮了三種工況：

1)正常運行：庫內水位處于正常高水位,根據地勘提供的資料，水位高程為268.1 m；2)洪水運行：庫內水位處于最高洪水位，依據最小安全超高和最短干灘長度綜合判斷，水位高程為270.57 m；

3)特殊運行：庫內水位處于最高洪水位，來源同上述，水位高程為270.57 m，并且考慮地震作用，計算考慮按7度設防。

表2 尾礦堆積壩的物理力學指標取值表

5 壩體穩定分析

采用尾礦庫最大橫剖面，運用上文所確定的計算參數與運行工況，用瑞典圓弧法計算分析尾礦庫擋水主壩下游坡的穩定性，經穩定電算，壩坡抗滑安全系數見表3。

表3 壩體穩定計算結果表

三種運行工況下穩定計算結果圖如圖2～圖4所示。

通過穩定分析計算結果表明，尾礦堆積壩壩體的穩定安全系數在不同運行條件下均能滿足規范要求，說明該壩體是安全可靠的。并通過上圖分析可得該尾礦堆積壩不會發生穩定安全事故。

[1] 曾向農,程運材,楊海洋.尾礦壩穩定分析中天然地震影響系數的確定及其應用研究[J].礦冶工程,2008,28(1)：103-106.

[2] 張 會.尾礦庫潰壩事故風險因素分析[J].聊城大學學報(自然科學版)，2014(3)：100-101.

[3] 孫 怡.某水庫壩坡抗滑穩定性分析[J].低溫建筑技術,2015,4(1)：80-82.

[4] AQ 16968—2006，尾礦庫安全技術規程[S].

[5] SL 274—2001，碾壓式土石壩設計規范[S].

Abstrct: According to the requirement of safety appraisal of tailings dam, the stability of tailings dam slope is analyed by software through Sweden Arc Method. The stability of the tailings dam slope under various working conditions is calculated. It is concluded that the safety factor of anti sliding stability meets the requirements of different water levels.

The stability analysis on a tailing dam

Lan Peng Pan Shiting Zhang Wuyuan Lin Tianxiang

(ArchitecturalEngineeringSchool,NanchangUniversity,Nanchang330031,China)

tailing dam， stability， safety evaluation， Sweden Arc Method

1009-6825(2017)15-0077-02

2017-03-18

蘭 鵬(1994- )，男，在讀本科生； 潘詩婷(1996- )，男，在讀本科生； 張武淵(1996- )，男，在讀本科生； 林天翔(1996- )，男，在讀本科生

TD824.7

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