尾礦庫潰壩研究綜述

李增

【摘要】目前，我國礦產資源豐富，各類礦產資源是國家與社會發展和進步的重要保障力量。從目前的情況來看，有關學者和工作人員對尾礦潰壩的情況有了高度的重視，并且從尾礦壩壩體失穩以及泥石流兩個角度進行深入探究。本文對尾礦庫壩體失穩的原因和機理進行了分析和探究，并計算出相應的模型。當前，尾礦壩失穩的計算模型通常集中在尾礦壩靜力抗滑穩定以及在發生地震之時尾礦砂發生的液化。另外，本文對尾礦壩失穩之后產生泥石流的流變模型和物理性質進行了計算。

【關鍵詞】尾礦；潰壩；泥石流；壩體失穩

我國國土遼闊，礦產資源豐富，各類尾礦的年排放總量超過三億，除了極小的一部分被用作礦山的填充和綜合利用之外，很大一部分的尾礦通過筑庫壩的形式來進行儲存，所以尾礦是礦山整體當中極為重要的組成部分之一。經過調查研究發現，世界上不同種類的尾礦已經超過2萬座，我國占半數以上，超過1.2萬座，在這其中有很大一部分是病庫和危庫，很容易發生重大安全事故。近年來，相關管理單位對礦山尾礦壩體的管理工作有了高度的重視，本文對尾礦庫潰壩的原因進行綜合的分析和描述，并有針對性的提出相應的改進和控制措施。

1、尾礦壩壩體失穩分析

1.1滲流場直接誘發尾礦壩失穩

滲流場主要存在于透水性壩體，會對壩體造成極大的破壞，所以很容易出現壩體失穩的情況，通常情況下，滲流場的浸潤線直接關系到尾礦庫的堅實程度。確定滲流場是對尾礦庫壩進行深入研究的必要前提。通常情況下，尾礦庫所在地的地形比較復雜，很難對其邊界條件進行準確的說明，進而難以精確的確定滲流場的位置。一般情況下，確定滲流場都是通過模型試驗的方式來完成。如果尾礦庫浸潤線埋深不夠，會導致滲透水溢出，從而對尾礦壩的穩定性造成影響。尾礦壩長期處在滲透水的作用下，壩體結構當中的空隙逐漸增大，使壩體整體結構的強度降低，從而發生液化最終造成潰壩。

1.2.尾礦壩壩基失穩造成潰壩

壩體失穩也是導致尾礦壩出現潰壩的重要因素之一。可以通過強度折減法以及極限平衡法來對尾礦庫破壞的機理進行解釋。到目前為止，極限平衡法已經相對成熟，通過這種方法能夠有效的對尾礦壩靜力處于穩定狀態之下的不同等級進行分析，從而計算出尾礦壩在此狀態下的安全系數。利用強度折減法能夠對安全系數進行確定，無需對滑移面的形狀和初始滑移面的位置進行考慮。如果結合流固耦合，則不用在計算之前對尾礦壩浸潤線的位置進行確定，計算方式更為便捷。但是，目前還沒有建立完善的強度折減過程中失穩判斷的統一標準，同時也沒有對此種方法所計算的安全系數限值進行規定，所以使此種方法在實際應用過程當中受到了一定的限制。

1.3洪水漫頂導致尾礦壩失穩

如果尾礦壩所在地區發生洪水，并且壩體的防洪和泄洪能力不足，會導致洪水的水位迅速上升，加以尾礦壩自身不具有較高的透水性，在很短的時間之內浸潤面不會發生很大的變化，多余的水量無法正常排出，從而很容易導致洪水漫過壩體頂部，最終造成潰壩的危險。有關專家通過人工降雨試驗發現，坡體在降雨的過程當中，雨水會深入到土體，從而使土體中的顆粒發生遷移，進而改變了土體的微結構，導致堵塞區的形成，另外，也會使土體之間的空隙壓力增大，抗剪力降低，在降雨過程當中，雨水會對土體造成一定程度的激振力，使表層的土體液化，最終使壩體的強度受到影響，增加了潰壩的危險。

2、尾礦庫潰壩泥石流分析

2.1尾礦庫潰壩泥石流物理力學特性

泥石流的類型直接關系著泥石流的演進特性，利用泥石流理論對尾礦壩潰壩后所產生的泥石流演進規律進行分析，先對潰壩后泥石流的類型進行劃分。泥石流最為重要的物理力學特征是具有流變性，例如砂礫或者是石塊的濃度、粘度、石塊的體積和外形以及水的濃度等因素都會對流變特性造成不同的影響。到目前為止，有關專家對為了對泥石流進行研究，逐漸建立了諸多泥石流的流變模型，其中典型的有：雙線性流變模型、賓漢流變模型以及牛頓流變模型等。泥石流的極限剪應力和粘度是泥石流兩個非常重要的物理力學參數，早年間，愛因斯坦曾提出極稀泥石流的相對粘度計算公式，還有專家通過對大量資料的分析和總結，發現了稀性泥石流的相對粘度計算公式。

2.2尾礦庫潰壩泥石流的演進

截止至現在，對于尾礦庫潰壩泥石流演進的研究方式主要有：經驗公式法、數值模擬以及模型實驗法。就經驗公式法而言，主要是借助水庫潰壩后所產生泥石流的演進而形成；數值模擬法則是在經驗公式法的計算公式當中，把地形和泥石流的參數進行簡化，從而生成新的綜合系數。通常情況下，需要對曼寧公式當中的粗糙系數和修正系數進行確定；模型試驗法借鑒了某尾礦壩漫頂潰壩的過程，對洪水漫頂過程當中尾礦壩的沖擊和腐蝕效果以及壩體的失穩過程進行分析，得出了壩體在潰壩過程當中的特征時間點，總結出不同坡比的壩體在潰壩模式當中存在的不同點。

結束語：

前文對尾礦庫壩體潰壩進行了闡述，分別從壩體的失穩性以及泥石流進行了分析。造成尾礦庫壩體潰壩的原因比較復雜，壩體的強度受到諸多因素的影響，需要通過大量的模型試驗和計算來進行探索。在對潰壩進行分析之時，需要借助大量的潰壩模型來進行推演，從而能夠找出對壩體強度的影響因素。到目前為止，對于尾礦庫壩體的計算模型依然不夠全面，還需要結合很多學科的知識完成進一步的研究。

參考文獻：

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