某擬建尾礦庫(kù)壩體穩(wěn)定性分析

吳曉鷗 顧坤和

摘 要：根據(jù)擬建尾礦庫(kù)的地勘和設(shè)計(jì)，采用滑楔法即折線法、瑞典圓弧分別對(duì)初期壩和最終壩體進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，以確定該尾礦庫(kù)壩體是否符合安全要求。

關(guān)鍵詞：尾礦庫(kù)；壩體穩(wěn)定性；分析

1 尾礦庫(kù)概況

擬建尾礦庫(kù)位于該公司選廠下游東南側(cè)，距選礦廠直線距離約3.31km，庫(kù)區(qū)庫(kù)位于秦嶺東段南麓，屬低中山區(qū)，山體坡度在20～40°間，礦區(qū)內(nèi)沖溝呈南北向樹(shù)枝狀展布，沖溝多呈V型溝，庫(kù)區(qū)長(zhǎng)約2.4km，溝谷呈V字型。全庫(kù)容1534.43萬(wàn)立方米，總壩高98m，屬于III等尾礦庫(kù)。

2 壩體情況

初期壩壩型采用碾壓堆石壩型。軸線壩高38m，壩頂標(biāo)高695.0m，壩頂寬4.0m，上游壩面坡比1：1.75，下游壩面坡比1：2.0。上游壩面設(shè)干砌塊石護(hù)坡，土工布反濾層及其支持層、保護(hù)層；下游壩面設(shè)干砌石護(hù)坡。標(biāo)高680.0m、665.0m各設(shè)一級(jí)馬道，馬道寬2.0m，馬道內(nèi)側(cè)修筑馬道排水溝，在壩體與岸坡結(jié)合處設(shè)截水溝，將兩岸及壩面匯聚的雨水由排水溝及截水溝排出，避免對(duì)壩體的沖刷侵蝕。

后期堆積壩采用上游式尾礦筑壩方法，即利用投入的尾礦自身逐級(jí)向上游沖填筑壩。尾礦堆積壩最大堆積高度60.0m，最終設(shè)計(jì)堆積標(biāo)高755.0m，沖填平均外坡1：5.0。堆積壩每升高10m設(shè)一級(jí)馬道，馬道寬5m，在馬道內(nèi)側(cè)及壩面與兩岸坡結(jié)合處設(shè)排水溝，以保護(hù)壩面免受水流沖蝕。后期壩下游面覆土種植草皮。

在堆積壩體內(nèi)布置集、排滲管將壩體內(nèi)滲流水引至馬道排水溝，以降低壩體浸潤(rùn)線，將尾礦庫(kù)浸潤(rùn)線的高度控制在6-8m，以利于尾砂的脫水、固結(jié)，且排滲管長(zhǎng)度不小于50.0m，間距10.0m。每上升10m布置一層排滲管網(wǎng)。必須確保沖填外坡不陡于設(shè)計(jì)坡比。在與岸坡結(jié)合處設(shè)截洪溝，以排放岸坡雨水。

3 地質(zhì)情況

擬建尾礦庫(kù)位于秦嶺褶皺系南秦嶺印支褶皺帶白水江-白河褶皺束東段武當(dāng)穹隆北緣。區(qū)內(nèi)構(gòu)造線總體呈近東西向，區(qū)域構(gòu)造表現(xiàn)為由北向南依次為褶皺帶、穹隆帶、褶皺帶相間分布的格局。穹隆帶主要有趙川穹隆、大明洞穹隆等；褶皺有冷水河-白浪復(fù)式倒轉(zhuǎn)向斜；斷層主要有十里坪-范家斷裂和大西溝-關(guān)帝廟-小白巖河斷裂。

根據(jù)勘察結(jié)果，在絹云石英鈉長(zhǎng)片巖中無(wú)成層性良好的軟弱夾層。巖層傾角近似43°，層間結(jié)合基本良好，抗剪強(qiáng)度較高，巖體結(jié)構(gòu)面雖較發(fā)育，但各結(jié)構(gòu)面粗糙咬合，抗剪強(qiáng)度較高。因此壩基砌置于中風(fēng)化絹云石英鈉長(zhǎng)片巖中，以保證壩基的穩(wěn)定性。

尾礦堆場(chǎng)巖體透水性良好，滲流方向基本與巖體構(gòu)造的優(yōu)勢(shì)方向一致，第四系碎石、含礫粉質(zhì)粘土、基巖屬弱-微透水層。

4 壩體穩(wěn)定性分析

4.1 分析方法

本次尾礦庫(kù)壩體穩(wěn)定性分析初期壩采用滑楔法即折線法，最終壩體采用瑞典圓弧分析計(jì)算評(píng)價(jià)。

4.2 初期壩的穩(wěn)定性分析

按洪水情況下穩(wěn)定計(jì)算，初期壩采用堆石筑成，粘聚力為零；根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》采用滑楔法即折線法進(jìn)行初期壩壩坡的穩(wěn)定計(jì)算。

根據(jù)所示的計(jì)算結(jié)果，初期壩體下游坡最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.423，大于規(guī)范規(guī)定的最小安全系數(shù)1.15；因此，該尾礦庫(kù)初期壩壩坡在洪水情況下是穩(wěn)定的。

4.3 最終壩體的穩(wěn)定計(jì)算

尾礦庫(kù)初期壩采用堆石壩，后期堆積壩為尾礦渣堆積壩，初期壩相當(dāng)于堆積壩的一個(gè)排水棱體，根據(jù)設(shè)計(jì)院提供參數(shù)，其滲透系數(shù)分別為2.31×10-4m/s、3.75×10-6m/s。浸潤(rùn)線簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖2 尾礦庫(kù)浸潤(rùn)線位置圖

4.3.1 計(jì)算參數(shù)的選取

初期壩、后期堆積壩穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)如表2所示：

表2 壩體穩(wěn)定計(jì)算參數(shù)

4.3.2 最終壩體的穩(wěn)定計(jì)算

由于該地區(qū)的地震烈度等級(jí)為6級(jí)，依據(jù)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，可以不計(jì)算地震作用工況，只計(jì)算在最高洪水位下的壩坡穩(wěn)定性。

后期堆積壩為尾礦渣堆筑，初期壩為堆石料堆筑，從安全角度出發(fā)，最終壩體的穩(wěn)定計(jì)算按照最不利情況，即當(dāng)壩體堆積到最終壩高時(shí)的情況進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算工況為庫(kù)區(qū)發(fā)生設(shè)計(jì)洪水、庫(kù)內(nèi)為最高洪水位、灘面為最小干灘長(zhǎng)度情況下，尾礦壩外邊坡的穩(wěn)定安全性。

按照《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，應(yīng)采用瑞典圓?。l分）法進(jìn)行最終堆積壩的穩(wěn)定計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 最終壩高時(shí)壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果表

經(jīng)過(guò)計(jì)算，最高洪水時(shí)壩坡最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)正常情況下為1.494，大于《規(guī)范》規(guī)定的最小安全系數(shù)值1.25。因此，該尾礦庫(kù)的壩坡是安全的。

圖3 最危險(xiǎn)滑弧位置圖

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)采用滑楔法即折線法、瑞典圓弧分別對(duì)初期壩和最終壩體進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算分析評(píng)價(jià)，該尾礦庫(kù)壩體穩(wěn)定滿足規(guī)范要求，壩體是安全的。

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