某礦尾礦庫穩定性分析

程嚴玲

（新疆國安建設安全評價中心（有限公司）烏魯木齊 830000）

1 概述

某金礦選礦廠于2005 年建設，2006 年投產，規模為450t/d，目前擴建后規模為900t/d，產生尾礦量20 萬t/a。現有尾礦庫2005 年由S 設計院設計，初期壩高14.5m，庫容12.15 萬m3，服務年限為1.18 年，尾礦堆積壩總高34.5m，壩頂標高674.0m，總庫容141.4萬m3，服務年限10.18 年。尾礦庫建成投入運行至今，排放的尾礦約111.5 萬m3。初期壩標高654.0m，頂寬6m，壩高14.5m。堆積壩頂為671.0m，堆積外坡比約為1：4.0。尾礦設施比較齊全，運行中按設計要求進行了放礦、尾礦堆壩，設置排滲層、排滲管，操作規范，管理良好。

2 尾礦庫工程地質條件

工程區出露地層下—中泥盆統托克薩雷組（D1-2t）：主要巖性為片理化泥質粉砂巖、千枚巖、石英雜砂巖夾灰巖，凝灰巖等。②層角礫，黃褐色，中密，稍濕，層厚1.4～17.0m，顆粒成次棱角狀，母巖成分為砂巖，粉土細砂充填強風化層厚3～5m，顆粒的最大粒徑100mm，一般粒徑5～20mm，滲透系數1.0×10-1cm/s，重型動力觸探錘擊數修正值4.8～27.8 擊。承載力特征值250kPa。③層強風化砂巖，黃褐色，埋深1.4～17.0m，層厚5.0～12.0m，碎屑結構，節理發育，厚層狀構造，礦物成分主要為石英、長石，硅質膠結，膠結致密，重型動力觸探錘擊數修正值6.8～28.6擊。承載力特征值350kPa。④層中風化砂巖，黃褐色，埋深8.0～16.0m，未揭穿，揭露厚度3.0～5.0m。塊狀結構，厚層狀構造，礦物成分主要為石英、長石，硅質膠結，膠結致密。單軸飽和抗壓強度8.44～56.00Mpa承載力特征值500kPa。

區域位于阿勒泰山脈西段南麓與額爾齊斯河谷平原過渡地帶，沖乎盆地西緣。海拔577-803m，相對高差10-120m，屬低山丘陵地貌。地形切割很弱，北東——南西向水系相對較發育，多為干谷，僅有喀臘蘇和布哈依塔勒德兩條溪流。前者為季節性流水，后者為常年流水，自北東向南西流貫全區，注入也勒克巴依戈壁消失。當地除降雨、融雪時有短暫地表徑流外，無常年地表水。場地凍土層厚度為1.8m。地下水埋藏深，基礎埋深范圍內無地下水，可不考慮地下水對工程的影響。場地土對混凝土結構具微腐蝕性，對鋼混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性，對鋼結構具微腐蝕性。根據《中國地震動參數區劃圖》（GB18306-2001），工程區震動峰值加速度為0.15g，基本地震烈度為7 度，反應譜特征周期0.40s，設計地震分組為第二組，場地類別為Ⅱ類，屬于抗震一般地段。

3 尾礦壩體現狀

初期壩：壩體結構為碾壓式土石壩，頂寬6m，最大高度6.8m，內坡坡比1:1.75，外坡坡比1:2。筑壩材料采用庫區內土石風化料或采場剝離廢石筑壩，逐層碾壓，每層上料厚度300～600mm。壩體填筑料采用削坡料及庫區內開采的土石料混合而成，角礫（滲透系數k=1.2×10-2cm/s，承載力特征值fak=200Kpa，動力觸探錘擊數N63.5=8.8 擊，粘聚力C=5.0Kpa，內摩擦角φ=34.5°，不均勻系數Cu=34.8，曲率系數Cc=0.315，有效粒徑d10=0.20mm），黃褐色，中密，稍濕，顆粒成次棱角狀，母巖成分為砂巖，粉土細砂充填，強風化層厚3～5m，顆粒的最大粒徑100mm，一般粒徑5～20mm，滲透系數1.2×10-1cm/s，重型動力觸探錘擊數修正值3.9～12.5 擊。承載力特征值200kPa。工程質量評價：勘察期間尾礦壩現狀壩體完好，無不均勻沉降及滲漏現象；壩體碎石滲透系數1.2×10-1cm/s，具中等透水性，符合要求；壩殼料內摩擦角34.5°；壩體土巖性為碎石，級配不良，透水性好，粒徑＜5mm顆粒含量23.8%～26.3%，＜30%，壩體土屬不液化土。

堆積壩：尾礦堆積標高為671.0m，堆積外坡比為1:4.0。尾礦砂室內定名為細砂，青灰色、稍密～中密，濕～飽和，其主要成分為礦粉堆積物，顆粒的最大粒徑2.5mm，一般粒徑0.25～0.075mm，滲透系數6.97×10-5cm/s～4.28×10-4cm/s，標準貫入錘擊8.0～21.0擊，承載力特征值120kPa。壩基巖土性質：本次勘察在9 個鉆孔中對第②層天然角礫及第③層強風化砂巖進行了9.9m重型動力觸探試驗。現場重型動力觸探試驗錘擊數詳見附表“重型動力觸探試驗成果表1。根據《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011），結合現場原位測試及地區建筑經驗綜合確定：第②層角礫地基土承載力特征值250kPa，變形模量為28.6MPa；第③層強風化砂巖地基土承載力特征值350kPa，變形模量為38.4MPa；第④層中風化砂巖地基土承載力特征值500kPa，地基土物理力學性質指標及承載力特征值見下表2。

表1 重型動力觸探試驗成果表

表2 壩基土物理力學性質指標及承載力特征值一覽表

4 壩體穩定性分析

該尾礦庫勘察前沒有浸潤線觀測資料。據本次勘察ZK10、ZK13、ZK14和ZK15的水位情況來看，浸潤線埋深在18～21m左右，基本位于溝底。但為從安全考慮，本次穩定性分析尾礦壩浸潤線采用洪水工況下8m，正常工況下10m來計算，以便為后續尾礦壩體進行擴容加高提供參考。

本次計算的壩體各層物理力學參數按照本次工勘結果取值，計算中采用的指標見下表：

表3 尾礦壩各土層物理力學信息表

（1）各工況計算簡況

表4 各工況計算簡況表

表續

（2）計算結果

表5 壩體穩定計算匯總表

5 壩體液化分析

由于本次工勘勘探結果表明，尾砂內水位很低，埋深接近20m，根據相關規范可知，尾砂不會液化。但從安全角度考慮，本次壩體穩定性分析正常工況下浸潤線埋深為10m，因此，下面將驗算尾砂內水位在壩面10m 時，尾砂是否液化。根據工勘實測的標貫擊數，判斷是按實測的標貫擊數（N）與臨界標貫擊數（Ncr）比較，若N＞Ncr則不會液化，若N＜Ncr則將液化。臨界標貫擊數（Ncr）計算按《建筑抗震設計規范》（GB 50011-2010）的以下公式：

（式中：N0－基準值，當設計地震加速度為0.15g 時N0＝10；β－地震分組的影響系數；第二組為0.95；ds-標準貫入點深度(m)；dw-地下水位（m）；p-粘粒含量百分率，當小于3時取3，判別土類均小于3。）實測的標貫擊數N、ds、dw依據《A 礦庫改擴建工程勘察報告》，工程勘察從現狀沉積灘面到初期壩頂選取ZK13、ZK15兩個孔號對現狀濕排尾礦砂進行了20點次標準貫入試驗，以工勘標準貫入試驗為依據判別地震液化結果，其中以孔號ZK13為例進行計算，結果見下表。

通過標貫擊數對尾礦庫堆積壩發生液化可能的判斷是：當7 度地震出現時，同時當壩體內浸潤線上升至10m 時，孔號ZK13、和ZK15 的勘探孔14m 以下的尾砂才會發生輕微地震液化。實際上，本次工勘勘探的尾砂水位遠遠低于本次計算的情況，而且尾礦經過技改擴建后，采用干堆工藝筑壩，庫內無水排入，浸潤線埋深是進一步降低的，因此，本次壩體穩定性分析認為，該庫在技改擴建后可不考慮地震液化的影響。

表6 單孔地震液化判別表

6 結論

按照科學、嚴謹、客觀、公正的原則，本著對工作高度負責的精神，依據國家及地方政府的相關法律法規、規范規程的要求，根據某礦尾礦庫巖土工程勘察報告的勘察數據以及現場踏勘、與企業溝通的情況，本次現狀壩體穩定性分析認為某礦尾礦庫現狀尾礦壩體穩定性系數滿足規范要求。