柴山煙沖溝尾礦庫加高擴容工程的壩體穩定性分析

周光緩

（湖南大學設計研究院有限公司 湖南長沙 410000）

在經濟發展刺激下，礦山開采中產生的礦石越來越多，為切實滿足這一要求，確保企業生產穩定進行，需對現有的尾礦庫實施加高擴容。但這樣會使原本穩定的壩體超負荷，導致潰壩。對此，必須對尾礦庫安全引起高度重視，在實際的加高擴容實施前，采用適宜的方法對壩址穩定性進行全面分析，以此為工程實踐提供可靠參考借鑒。

1 工程概況

該尾礦庫系狹長山谷型尾礦庫，庫內縱深約1.0km，屬巖溶低山溝谷地貌。該尾礦庫原設計尾礦堆積標高600.0m，總壩高102.0m，總庫容750.0×104m3，目前尾礦堆積標高584.2m左右，總壩高約為86.2m，總庫容約為620×104m3。主排洪系統：D=3.5m鋼筋混凝土框架式排水井―隧洞（主隧洞斷面為2.70m×2.70m圓拱直墻式，支隧洞斷面2.50m×2.50m）。本次擴容設計擬將尾礦繼續上游法加高40m，即尾礦最終堆積標高為640.0m，堆積邊坡暫為1：5，即總壩高為142.0m，總庫容為1414.29×104m，新增有效庫容667.29×104m3，可為新建選廠及原柴山選廠繼續服務13.30年。

2 穩定性分析和評價

根據勘察成果，庫區的主要地層如下：人工填土、初期壩體、尾粉砂、尾粉土、尾粉質黏土、沖洪積粉質黏土及碎石層，下伏基巖為泥盆系上統錫礦山組灰巖，各地層巖土物理力學參數結合試驗成果及工程經驗，見表1。

對于堆積壩體，其穩定性計算主要采用圓弧法，計算公式為《建筑邊坡工程技術規范》（GB 50330—2002）中 5.2.3-1～5.2.3-4式，對壩體上的主剖面線進行穩定性分析與驗算。在實際的穩定性驗算過程中，基于現有狀態，考慮地震力的作用。

計算公式：根據《建筑邊坡工程技術規范》（GB 50330—2002）中5.2.3條規定，當采用圓弧滑動法時，邊坡穩定性系數按式（1）計算：

表1

邊坡穩定性系數計算結果見表2。根據計算結果可知，安全系數等于1.261，根據《選礦廠尾礦設施設計規范》（ZBJ 1—90）有關標準，當該庫按照II級標準建設時，安全系數比要求的最小安全系數略高。

通過驗算可知，在正常運行條件下，最小安全穩定系數等于1.261，根據《選礦廠尾礦設施設計規范》（ZBJ 1—90），可滿足正常運行條件下最小安全系數要求（1.261＞1.25）。庫區為巖溶弱發育區，巖溶主要表現形式為淺層巖溶，而巖溶的形態主要包括三種，即溶蝕裂隙、溶溝與石芽；深部沒有規模較大的巖溶通道。伴隨壩體高度不斷增加，滲漏通道開始以溶蝕裂隙形式為主。伴隨堆積壩體不斷升高，滲透壓力開始變大，在巖溶裂隙通道處產生明顯的滲漏現象，尤其是巖溶發育區，由于處在增高擴容區域之內，覆蓋層的厚度為1～3m，可在尾礦覆蓋之前實施局部封堵與防滲處理。

表2 邊坡穩定性系數計算結果

3 壩體變形特征

根據變形觀測成果表，其中最大累積變形值整理后見表3。

圖3各排變形位移觀測點最大累積變形值一覽

分析兩期的變形觀測技術報告、堆積壩體變形特征：①壩坡中上段的C排點變形較大，下段A、B排點的變形相對較小；②垂直變形位移大于水平變形位移，C排點的垂直變形位移值約為水平變形位移值的2倍，A、B排點的垂直變形位移值約為水平變形位移值的1～1.5倍；③堆積壩體的變形屬固結沉降變形和坡面側向變形；④各排觀測點的最大變形均靠近庫區中軸線堆積層最厚的部位。

由于壩體下段采取有效降、排滲和加固修坡措施后，壩體浸潤線降低，且隨固結時間增長尾礦固結程度較高，變形位移量較小；由于壩體中上段變形較大的原因較復雜，C排觀測點的最大變形沉降值達+167.8mm、最大水平位移值達+80.8mm；水平位移觀測值有正有負，可能與土洞塌陷或固結過程中土體的應力重分布后所產生的變形有關。

4 結束語

綜上所述，在尾礦庫加高擴容工程建設中，需要根據場區實際情況，對其壩址的穩定性進行分析，以此確定工程設計等前期工作能否滿足實際要求，保證工程建設順利和安全開展，避免因壩址不穩定而產生安全問題或事故。