尾礦堆積壩穩定性影響因素耦合分析

王 晗 許成承 劉小文

(南昌大學建筑工程學院，江西 南昌 330031)

尾礦堆積壩穩定性影響因素耦合分析

王 晗 許成承 劉小文

(南昌大學建筑工程學院，江西 南昌 330031)

綜合考慮不同因素對壩體安全系數的影響，將數據擬合成曲線圖的方法，對典型尾礦堆積壩模型進行了分析。達到了堆積壩穩定性受壩坡、壩高、干灘長度、壩體材料及滲流等因素影響較大的效果。

極限平衡方法，穩定性，尾礦壩

1 概述

伴隨我國采礦業的快速發展，有大量的尾礦需要排放堆存形成尾礦庫，面對我國近1 500余座尾礦庫，如果尾礦庫的主要構筑物——尾礦壩一旦潰壩將造成巨大傷亡和財產損失[1]，對社會造成極壞影響。因此，加強尾礦庫的安全管理工作，顯得尤為重要。陳忠等人[2]提出FTA方法在尾礦壩穩定性上的應用；王健等人[3]分析了坡度對安全系數的影響；代仲海等人[4]進行了尾礦壩的三維靜力穩定性分析。但是尾礦壩特別是尾礦堆積壩穩定性與很多因素有關，如地基情況、組成尾礦壩的材料性質、壩內浸潤線埋深、尾礦壩外坡比、干灘長度等[5,6]。如單從一因素分析的穩定性往往不夠全面，造成其他因素的忽略[7]。本文通過主要因素的耦合分析，綜合計算和對比各因素對穩定性的影響，結果更加合理，與實際相吻合，以供參考。

2 典型尾礦堆積壩穩定性計算及分析

某一尾礦堆積壩，初期壩為均質壩，設有排水棱體，棱體高3 m，均質壩其內外坡比分別為1∶2.0和1∶2.5，壩高10 m。設計干灘坡比1%，長100 m。為了考慮不同因素對堆積壩穩定性影響，本文對壩高、尾礦堆積壩外坡比、堆積尾礦性質、干灘長度四個主要因素進行分析。

堆積壩體按均質考慮，尾砂材料分別取尾粘土、尾粉質粘土、尾粉土、尾粉砂、尾細砂及尾中砂六種；壩高度取90 m,70 m,50 m及30 m四種；堆積外坡比取1∶5,1∶4.5,1∶4,1∶3.5,1∶3及1∶2.5六種；對干灘長度也取不同，選取50 m,100 m,150 m及200 m干灘長度進行分析，共對288種情況進行了穩定性分析[8]。選取地震烈度小于6級，不考慮動荷載穩定計算，只從靜荷載方面計算。基礎模型如圖1所示。

2.1 尾砂特性

在穩定性分析中，尾砂分別取尾粘土、尾粉質粘土、尾粉土、尾粉砂、尾細砂及尾中砂進行分析。各種材料參數參考《選礦廠尾礦設施設計規范》選取。

材料計算參數如表1所示。

表1 尾砂特性

2.2 穩定性分析結果

根據邊坡計算軟件，選取以上工況，得出了尾礦庫穩定安全系數與壩坡、壩高、干灘長度以及尾砂類型之間的關系曲線，根據這些計算數據和曲線，可以得出以下結果。圖2中1～6分別指尾粘土、尾粉質粘土、尾粉土、尾粉砂、尾細砂及尾中砂。

2.2.1 壩坡與安全系數

圖2表示的是安全系數與壩坡的關系，分別對應30 m,50 m,70 m,90 m壩高的情況。計算的干灘長度均為100 m。可以看出，在壩高一定條件下，下游壩坡越緩，安全系數越高。當壩坡坡比大于1∶3.5時，對粒徑較粗的尾中砂、尾細砂及尾粉砂，減小坡比對穩定性提高較快；但當壩坡緩于1∶3.5時，坡度再變緩對穩定性影響不明顯。

2.2.2 壩高與安全系數

圖3為壩坡1∶3,1∶4和1∶5的情況下安全系數與壩高的關系曲線，計算的干灘長度均為100 m。可以看出，隨著筑壩高度的增加其穩定性也越差。

2.2.3 干灘長度與安全系數

圖4為尾粉質粘土、坡度為1∶4情況下的安全系數與干灘長度關系，隨著干灘長度的增加，其安全系數均增加。

3 結語

1)壩坡對穩定性的影響是：下游坡越平緩，安全系數越高；對細粒土，坡比和安全系數呈近似的線性關系，但幅度小于砂土；粘土類尾礦壩，壩坡改變對穩定性的影響有限。

2)筑壩高度的增加，降低了壩體的穩定性；砂類尾礦堆積壩在壩高方面影響要遠小于尾粉土、尾粉質粘土以及尾粘土；在30 m～50 m壩高范圍內，影響幅度要遠超過50 m以上壩高。

3)干灘長度的增加，提高了壩體安全系數。壩體浸潤線高度隨干灘長度增加而降低，且壩體上部變化明顯，原因是初期壩透水性更大。

[1] 徐宏達.我國尾礦庫病害事故統計分析[J].工業建筑,2001,1(31):69-71.

[2] 陳 忠.FTA在尾礦庫潰壩事故分析中的應用[J].有色金屬科學與工程,2010,10(1):62-66.

[3] 尹筱琴,王 健.某尾礦庫潰壩處理及穩定性分析[J].湖南有色金屬,2010(6):4-6.

[4] 代仲海.某尾礦壩三維靜力穩定性評價分析[J].水資源與水工程學報,2010,10(5):166-168.

[5] 胡明鑒.某上游法尾礦壩抗滑穩定性淺析[J].巖土力學，2003,32(2)：44-46.

[6] 魏作安.探討尾礦庫設計領域中存在的問題[J].有色金屬(礦山部分),2002(4):44-45.

[7] 騰志國.關于尾礦壩地震穩定性的分析及評價[J].河北冶金,2003(1):16-17.

[8] 許成承.尾礦堆積壩穩定性及潰壩砂流的數值模擬研究[D].南昌:南昌大學碩士學位論文，2010.

Tailings dam stability influencing factors

Wang Han Xu Chengcheng Liu Xiaowen

(NanchangUniversitySchoolofCivilEngineeringandArchitecture,Nanchang330031，China)

Put forward the method to consider the different factors impact on dam safety factor, and make the data fit the curve, with typical tailings dam model analysis. It shows that the stability affected by the dam slope, height, the length of the dry beach, dam material and seepage, and other factors change.

limit equilibrium methods, stability, tailings dams

1009-6825(2017)20-0096-02

2017-05-06

王 晗(1997- )，女，在讀本科生； 許成承(1985- )，男,碩士; 劉小文(1968- )，男，教授

TU413.62

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