尾礦壩滑坡原因及安全穩(wěn)定性數(shù)值模擬分析

孫靖霄

（中冶沈勘工程技術(shù)有限公司，遼寧 沈陽 110000）

尾礦庫作為冶金礦山的重要組成部分，儲(chǔ)存了大量的有毒有害廢渣和廢水。作為一個(gè)具有高勢(shì)能的人造壩，在歷史上發(fā)生過多次潰壩事故，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染、經(jīng)濟(jì)損失。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析：41.96%的尾礦壩事故均為潰壩事故。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國境內(nèi)有尾礦庫超過8800座，如何保證尾礦庫安全，成為冶金行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。

1 尾礦壩不同類型滑坡失穩(wěn)原因分析

1.1 淺層滑坡原因分析

（1）外部原因：壩體邊坡在庫內(nèi)廢水的長期浸泡下一直處于水分飽和狀態(tài)，若壩體表面產(chǎn)生縱向裂縫，很容易出現(xiàn)局部淺層滑坡；表層尾砂受風(fēng)化影響最大，其強(qiáng)度會(huì)減弱，在水浪沖擊、地震作用下易產(chǎn)生滑坡；

（2）人為原因：尾礦壩淺層滑坡一般發(fā)生在壩體加高部分，因?yàn)榧痈邏误w本身結(jié)構(gòu)相較于之前松散，且在后期加高壩體時(shí)沒有過多考慮材料、邊坡角度、壩體自重等問題，因此也易產(chǎn)生淺層滑坡。

1.2 深層滑坡原因分析

（1）人為因素：在尾礦庫影響范圍內(nèi)進(jìn)行爆破作業(yè)，致使地震波對(duì)壩體產(chǎn)生破壞；人為筑高壩體，不考慮力學(xué)結(jié)構(gòu)是否合理；對(duì)庫區(qū)管理不到位；

（2）外部原因：洪水沒有及時(shí)排除，造成筑壩材料水分含量較高，占粘性降低。

1.3 整體滑坡原因分析

整體滑坡是從邊坡底部直到頂部全部滑落，范圍大、破壞嚴(yán)重。發(fā)生整體滑坡的原因基本與深層滑坡原因類似，在此不再贅述。

1.4 折線形滑坡原因分析

壩體存在滲漏管涌，而且在洪水和降雨影響下侵蝕范圍逐步擴(kuò)大，最終出現(xiàn)滑坡問題。超標(biāo)洪水沒能及時(shí)排出，造成壩體上部尾礦砂飽和，而且在水流沖刷下產(chǎn)生縱向貫通裂縫。

2 尾礦壩概況

文章所模擬的尾礦庫初期壩為透水堆石壩，土石料填筑，高25m，長135m，壩頂寬3.5m。壩地層簡(jiǎn)單，無斷層、地震等不良地質(zhì)條件。尾礦庫堆積壩采用“庫內(nèi)粗砂上游法”尾礦筑壩，壩高83.4m，長300m，外坡破比為1：3，壩頂寬8m。尾礦壩結(jié)構(gòu)完整，不存在局部滑坡問題。

3 極限平衡法模擬尾礦壩安全穩(wěn)定性分析

3.1 建立模擬模型

為了模擬方便，在此簡(jiǎn)化尾礦壩結(jié)構(gòu)，自上而下依次為：尾中砂、尾細(xì)砂、尾粉土，構(gòu)建的模型見圖1，各土體的物理力學(xué)參數(shù)詳見表1。

圖1 尾礦壩模擬模型結(jié)構(gòu)

表1 各土體的物理力學(xué)參數(shù)

3.2 模擬結(jié)果分析

（1）主壩穩(wěn)定性系數(shù)。在此采用“瑞典圓弧法”并借助Geo-Studio軟件對(duì)尾礦壩抗滑穩(wěn)定性分析。得到本項(xiàng)目尾礦壩主壩穩(wěn)定性系數(shù)為1.389，比規(guī)范中要求的Ⅲ級(jí)尾礦壩安全系數(shù)最低值1.2大，因此可判定本項(xiàng)目主壩邊坡穩(wěn)定性滿足要求。

（2）不同抗剪強(qiáng)度下邊坡穩(wěn)定系數(shù)。為了計(jì)算不同抗剪強(qiáng)度下邊坡穩(wěn)定系數(shù)，在此將抗剪強(qiáng)度按照0.02比例折減，借助Geo-Studio軟件對(duì)每次折減后的邊坡穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算，得到折線圖見圖2。

圖2 抗剪強(qiáng)度與邊坡穩(wěn)定系數(shù)關(guān)系曲線

由圖2可知：①當(dāng)折減系數(shù)在1.0～1.10之間時(shí)，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)出現(xiàn)波動(dòng)變化；②當(dāng)折減系數(shù)達(dá)到1.06～1.08時(shí)，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)處于1.2左右，之后便不符合要求。

4 結(jié) 語

尾礦壩的安全穩(wěn)定性直接關(guān)系到區(qū)域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境安全，日常必須做好管理和監(jiān)督。理論計(jì)算和數(shù)值模擬只能從一個(gè)方面提供可參考經(jīng)驗(yàn)，因此在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，必須要結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，地質(zhì)勘查工作要做好，務(wù)必保證壩體附近無地質(zhì)災(zāi)害，否則后期對(duì)壩體修補(bǔ)會(huì)浪費(fèi)大量人力物力財(cái)力。