某磷石膏堆場邊坡穩(wěn)定性分析

荊 瓏 劉國清 鄒建鋒

(中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550081)

0 引言

我國作為世界上第一大磷肥生產國，也是第一大磷石膏副產國。據不完全統(tǒng)計，目前國內堆存的磷石膏接近5億t，每年還要新增磷石膏產量約7 000萬t。磷石膏的堆存不僅制約行業(yè)發(fā)展，而且巨大的貯存量同時帶來巨大的安全隱患[1，2]。本工程采用濕法排渣、濕法堆存的方式堆存磷石膏，因而壩體內存在大量的酸性工藝水，通過對現場勘察并結合監(jiān)測數據，初步分析底部導滲系統(tǒng)已經基本失效，堆積壩內浸潤線高度較高且離坡面較近，為了磷石膏堆場后期能夠繼續(xù)加高運行，需要對該堆場進行滲流穩(wěn)定性分析。

1 工程概況

某磷石膏堆場地處戈壁荒灘，堆場長約1 000 m，寬約800 m，磷石膏堆積壩為東西走向，分為4個壩區(qū)，占地面積76.5萬m2，每年約堆存量為100萬t。一期設計堆積頂高程1 735 m，最大高度為35 m，總庫容約800萬m3。一期磷石膏庫采用濕排濕堆運行方式，并有完整的防滲系統(tǒng)、回水系統(tǒng)以及底部導滲系統(tǒng)。運行初期，利用初期土石壩和自然地形形成的初期庫容，直接在初期渣壩壩頂采用分散放漿的方式使磷石膏漿在壩前沉積，澄清水由庫內排水系統(tǒng)引至回水池。磷石膏子壩采用機械筑壩，庫區(qū)磷石膏上升至一定高度后，再于壩前重新筑子壩，如此反復使渣壩高度不斷抬升，目前已堆積至設計高程1 735 m。

2 磷石膏堆場滲流穩(wěn)定分析

2.1 滲流分析

磷石膏堆積體內滲流狀態(tài)是控制堆積壩壩坡穩(wěn)定性的決定性因素，通過滲流場的分析，可以模擬浸潤線和水位的變化情況，尋求有效的技術措施，保障磷石膏堆場的安全[3,4]。本分析計算在不影響滲流分析的結果的情況下對模型做以下簡化：

1)模型按穩(wěn)定滲流考慮；

2)考慮到磷石膏堆場做了全庫區(qū)防滲，磷石膏、初期壩以及地基滲透系數k1遠大于防滲膜滲透系數k2(k1≥100k2)，可視防滲膜以下地基為不透水地基進行滲流計算，結合現場實驗數據，磷石膏滲透系數如表1所示。

表1 磷石膏堆場分層滲透系數

2.2 穩(wěn)定性分析

磷石膏堆場總庫容約810萬m3，V<1 000萬m3；壩高H=35 m：H<60 m，根據AQ 2059—2016磷石膏庫安全技術規(guī)程，工程等別為Ⅳ等，場地所在地抗震設防烈度為7度，設計特征周期為0.45 s，設計基本地震加速度為0.15g，根據該工程地質勘察報告，土體物理力學參數如表2所示。

表2 磷石膏堆場巖土物理力學參數

1)計算方法。

磷石膏堆積壩坡抗滑穩(wěn)定性計算采用極限平衡原理，根據AQ 2059—2016磷石膏庫安全技術規(guī)程規(guī)定，宜采用簡化畢肖普法[5]。

2)計算工況。

本次計算選擇1—1以及2—2剖面在洪水工況(水位1 734.8 m)、特殊工況(0.15g)進行分析計算，該斷面為堆積壩最大壩高斷面，可基本反映堆場整體邊坡穩(wěn)定狀態(tài)。

3)邊坡滲流穩(wěn)定分析。

利用Autobank v7.0軟件進行滲流穩(wěn)定分析，計算結果如圖1～圖4以及表3所示，根據計算結果可以看出各剖面的壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數滿足規(guī)范要求，基本不會發(fā)生失穩(wěn)破壞，但浸潤線距離坡面較近，不滿足規(guī)范規(guī)定的最小埋深要求，計算數據與實際監(jiān)測數據基本一致，因此需增設坡面導滲系統(tǒng)，以降低堆積壩內浸潤線高度。

表3 堆積壩抗滑穩(wěn)定安全系數表

3 改進措施

浸潤線對壩體穩(wěn)定性的影響較大，當浸潤線位置較高時，磷石膏渣體物理力學指標驟降，嚴重影響壩體安全；同時根據AQ 2059—2016磷石膏庫安全技術規(guī)程要求，當堆積壩壩體高度超過30 m，堆積壩下游壩坡浸潤線的最小埋深應為2 m～4 m，尾礦庫的滲流控制措施必須確保浸潤線低于控制浸潤線。根據滲流穩(wěn)定計算結果，需分別在1 715 m高程、1 730 m高程，圍繞堆積壩四周每隔25 m布置一根長30 m的DN75 HDPE水平排滲管，構成上、下兩層水平導滲系統(tǒng)，將壩體內部酸性孔隙水導排至匯水明渠，之后進入調節(jié)水池。坡面導滲系統(tǒng)的設置將大幅降低擋渣壩體內的浸潤線高度，避免產生壩坡面集中滲流或流土破壞，同時顯著提高壩體抗滑穩(wěn)定安全系數，1—1剖面特殊工況下安全系數由1.11提高至1.56，2—2剖面特殊工況下安全系數由1.16提高至1.41，為磷石膏堆場后期安全穩(wěn)定運行奠定了堅實的基礎，如圖5，圖6所示。

4 結論及建議

1)根據分析結果可知，目前磷石膏堆場邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數滿足規(guī)范要求，不會發(fā)生失穩(wěn)破壞；

2)本工程浸潤線溢出點高度較高，并且距離坡面距離較近，浸潤線深度不滿足規(guī)范要求，增加坡面導滲系統(tǒng)后滿足規(guī)范要求；

3)施工期和正常運行期應保證庫區(qū)以及匯水明渠內排水通暢，并定期對堆積壩內浸潤線進行監(jiān)測。