尾礦庫邊坡時變分析模型及其應用

【摘要】礦產資源是國家與社會發展和進步的重要支撐力量，尾礦庫邊坡的穩定性直接影響到整個尾礦庫的正常運行。通常情況下，尾礦庫邊坡的穩定性通常都是以的單一的安全系數作為邊坡穩定性的評估標準，這種單一的指標無法充分反映出外界條件變化過程當中尾礦庫邊坡穩定性演變的整個過程。

【關鍵詞】尾礦庫；降雨；安全系數；時變分析

尾礦庫是尾礦和澄清水的重要儲存設施，能夠起到環保和安全的作用，同時也具有一定的危險性，一旦出現潰壩，則會造成泥石流，對工作人員以及周邊的居民的生命財產安全造成極大的威脅，這種情況通常都是由于尾礦庫邊坡出現失穩所導致，而尾礦庫邊坡失穩通常都和降雨有關，由于洪水導致尾礦庫發生的事故超過事故總量的百分之五十。

1、尾礦庫邊坡時變分析模型的建立過程

通常情況之下，尾礦庫邊坡時變模型建立的過程和一般邊坡數值分析模型的建立過程比較相似，但是在進行邊界條件設定之時對邊界條件隨時間變化的情況進行了一系列的考慮，同時也對邊界條件在各個時段的安全系數進行計算，從而為邊坡穩定性發展變化的分析提供了有效的依據。

1.1 邊坡土層情況

在模型建立的過程當中，應當以現場地質的實際情況作為依據，尾礦庫庫內巖土層總共分為六層，首先是素填土，呈黑色，密度與含水量較大，主要是由少量的碎石等硬雜質和坡殘積粘性土組成；第二層為雜填土，呈黑色，質地較為松軟，含水量較大。第三層是尾粉砂，呈灰色，密度大，含有一定的泥沙，水分較少；第四層為尾粉土，顏色為灰色，密實程度高，含水量大；第五層是含角礫粉土，呈磚紅色，礫石濃度大約占百分之三十，上面覆蓋耕植土，厚度在二十至三十厘米之間；第六層是強風化變質粉砂巖，同為磚紅色。

1.2 時變邊界條件的確定

一般通過對降雨入滲和庫水位變動以及兩種因素相結合的條件下尾礦庫安全系數隨時間變化的情況進行分析和研究。

首先對降雨入滲邊界進行分析，并考慮雨型的不同對邊坡穩定性的影響，有關專家也曾對此展開分析和研究，假設日降雨量位一百二十毫米，安全系數的變化情況如圖所示：

在庫水位變動邊界方面，需要對水位高度、水位的上漲和下降高度，以及上漲和下降速度的組合條件等方面對安全系數進行研究，通常情況下，可以將其分為三種類型，具體的情況如下圖所示：

對降雨與庫水位耦合條件邊界對安全系數的影響進行探究，應當對當地的洪水資料、排水系統參數以及尾礦庫流域的有關參數進行分析和整理，并以此為依據，通過簡化推理公式對洪峰的流量進行計算，計算結果如下圖所示：

2、計算結果和分析

2.1降雨強度的影響

經歷降雨六個小時之后，在雨量超過五毫米每小時的情況下，邊坡系數減少的速度基本相同，由此可知，長時間的降雨，無論強度大小，都會對邊坡的穩定性造成明顯的影響。如果降雨的強度超過九毫米每小時，在兩個小時之內，邊坡的安全系數下降速度逐漸加快，如果降雨強度超過十三毫米每小時，則會使安全系數出現一定程度的回升。

2.2降雨雨型影響

經過模型的建立和計算能夠發現，如果雨型不同，會造成邊坡安全系數隨時間變化的軌跡有所不同，時間重點的安全系數也存在著一定的差異。經過計算可以發現，安全系數下降速率與降雨強度基本呈正比，但是安全系數變化曲線和雨強變化曲線相比較為平滑，表示在外部條件的作用下，能夠保持一定的自我調節能力。

2.3庫水位的影響

經過多次的試驗模式與計算發現，庫水位的變動對安全系數的影響和水位高度以及漲落的速度之間存在著一定的聯系。水位增長幅度越大，會使安全系數降低的越多。與此同時，安全系數隨著水位的變化具有一定的滯后效應。滯后效應會隨著水位上漲速度的變化而發生變化。

2.4 降雨和水位變動相結合的影響

在持續降雨十九個小時之前，水庫水位對于邊坡的穩定性沒有顯著的影響，但是在降雨和水位兩種因素的綜合影響下，會使降雨入滲的影響有所增強，導致邊坡安全系數在原有基礎之上進一步下降。降雨入滲對于庫水位的影響作用也大幅度增強。從總體的角度上來講，在水位開始上漲之前，降雨對邊坡的影響主要來自于入滲情況，使尾礦庫邊坡的穩定性有所減低，在水位開始上漲之后，庫水位對安全系數的影響起到了主導作用。

結束語：

尾礦庫邊坡的穩定性直接關系到礦山的正常運行和安全生產，如果邊坡的安全性和可靠性不足以滿足實際要求，則會對工作人員以及附近居民的生命財產安全造成極大的威脅。因此，對尾礦庫邊坡穩定性的分析和研究具有非常重要的意義。通過尾礦庫邊坡時變分析模型的應用，能夠發現尾礦庫邊坡安全系數的變化情況，找出影響因素，從而有助于提高尾礦庫邊坡的質量，保證礦產開采工作順利進行。

參考文獻：

[1]潘文鑫.降雨條件下鈾尾礦壩覆土層雨水控制及穩定性影響[D].南華大學，2014.