尾礦庫三維滲流豎井排水效應

盧永澳，夏茂圃

(四川大學，四川 成都 610065)

1 工程概況

1)初期壩。初期壩最大壩高75 m，壩頂標高1 250 m，壩頂寬10 m，壩頂軸線長230 m；上游坡比為1∶2.5，下游坡比為1∶3；初期壩體工程量198萬m3。

2)堆積壩。尾礦壩最終堆積標高為1 368 m，堆壩高度118 m，總壩高193 m。

3)尾礦庫的庫容和等別。尾礦庫定為二等庫，其主要建筑物的級別均為2級。

4)排洪系統。排洪系統采用截洪壩-排水井-豎井-隧洞形式。

5)監測設施。尾礦庫安全監測項目主要包括：壩體表面位移監測、浸潤線監測、孔隙水壓力監測。

2 計算工況、參數及模型

2.1 計算工況

根據某尾礦庫設計方提供的資料及要求，結合工程，本次尾礦庫三維滲流計算考慮危險工況下的滲流場分布，控制尾礦庫沉積灘洪水標高與對應的干灘長度，具體參數如表1所示(庫內沉積灘平均縱坡取0.8%)。

表1 尾礦庫三維滲流計算控制參數表

2.2 計算參數

根據勘察揭露地質分層及設計方提供斷面，結合尾礦砂沉積規律，本文尾礦壩計算將考慮初期壩、底流尾礦、溢流尾礦、子壩、強風化基巖、中風化基巖等材料分區，材料的滲透系數見表2。

2.3 計算模型

根據勘察揭露地質分層及設計方提供斷面，結合尾礦砂沉積規律，本文尾礦壩計算將考慮初期壩、底流尾礦、溢流尾礦、子壩、強風化基巖、中風化基巖等材料分區，三維數值計算模型如圖1～2所示。

表2 尾礦庫材料滲透系數表 單位：m·s-1

圖1 壩頂高程1 368 m尾礦壩計算模型

圖2 壩頂高程1 368 m尾礦壩計算網格

3 尾礦壩三維滲流計算結果

3.1 無豎井條件下尾礦庫三維滲流計算

本文1 368 m的壩體進行三維滲流計算，計算模型包括初期壩塊石、尾礦材料、基巖等。無干灘長度為76 m(水位為1 367.5)。

計算結果見圖3～6。

圖3 水壓云圖

圖4 浸潤線埋深分布圖

圖5 水頭云圖

圖6 水壓切面(順水流方向)

3.2 考慮豎井條件下尾礦庫三維滲流計算

對1 368 m的壩體進行三維滲流計算，計算模型包括初期壩塊石、尾礦材料、基巖等。無干灘長度為76 m(水位1 367.5)。

計算結果見圖7～9。

圖7 浸潤線分布圖(垂直水流方向切面)

圖8 浸潤面埋深分布

圖9 浸潤線(順水流方向切面)

4 結 語

通過對尾礦壩底部高程以上豎井排滲進行細致的分析計算，計算結果顯示導滲體對降低壩體浸潤線效果明顯，相對于無豎井情況能夠將浸潤線降低10～15 m左右，能滿足設計對于穩定提出的浸潤線埋深要求。

尾礦土粘聚力低，難以抵抗壩坡表面出逸引起的滲透變形，因此，必須保證一定的浸潤線(面)埋深以防止表面出逸。所以規范對浸潤線(面)埋深提出了明確的要求，也是本報告評價尾礦壩滲透穩定性的關鍵指標。

本文運用滲流理論對尾礦壩進行了較為詳細的分析計算，結果表明該工程設計方案是可行的，尾礦壩滲透穩定性是有保證的。但是由于尾礦壩礦砂沉積規律的不確定性，山體水文地質條件的不確定性等多種因素，計算結果和實際情況肯定是有差別的。為此，生產過程中的滲流安全監測非常重要。需要觀測、記錄、整理各個觀測斷面的浸潤線高度，與理論計算結果對照分析，總結多年浸潤線變化規律。如果與理論結果有很大差距，需要及時分析原因，必要時根據實測數據進行尾礦壩滲流的反饋分析和安全評價。