西藏某尾矿库库区渗漏性分析

袁胜超，张小强

(华北有色工程勘察院有限公司，河北石家庄050021)

修建在石灰岩地区的水库，普遍存在渗漏和有渗漏引起的坝体内洞穴、局部沉陷、裂缝等隐患，由于石灰岩地质背景尤其表层风化和岩溶发育的成因复杂，渗漏通道类型多样，库区渗漏一直是灰岩区建设水库最棘手的问题，如何有效的评价灰岩区库区渗漏问题，提出合理的渗漏预防措施，避免库区渗漏带来的环境污染问题成为开放商最关注的焦点［1］。

本文就以西藏某大型矿区在石灰岩地区修建尾矿库为例，通过采用工程地质、水文地质勘察等手段对该地区进行作业，在了解地质条件的情况下，运用不同计算方法对库区建设后运营期间，库区尾矿水的渗漏问题进行分析并提出处理措施。以供大家探讨。

1 工程概况

矿区区域上属于“青南藏东川西高原区”，地貌类型构造侵蚀－－溶蚀地貌［2］，呈“V”字型。早期溶蚀作用强烈，岩溶比较发育，溶沟、溶槽、溶蚀裂隙主要分布于山顶及位置高地段;近期由于高原干旱、寒冷气候，年平均温度低，地下水活动较弱，不利于溶蚀作用，岩溶发育较弱 。库区内海拔高程在4 200.00～4 400.00 m间，两侧山坡地形陡竣，其中北东侧地形相对平缓，自然坡度角在26～40°间 ，南西侧相对较陡，自然坡度角在32～50°间，堆积坝淹没标高4 400.00 m。最大坝高143 m，总库容1.3亿m3，尾矿库采用中线法堆坝，利用分级粗尾砂在初期坝下游压坡、溢流尾砂库内排放［3］。

2 库区岩土工程特征

勘察区分布的地层主要有第四系全新统冲洪积层(Q4al+pl)，第四系全新统残坡积层(Q4el+dl)，三叠系上统阿堵拉组(T3a)，三叠系上统波里拉组(T3b)基岩地层。

库区沟床上部为第四系冲洪积层，以粉质黏土，碎石土为主，分布厚度0.80～18.30 m，稍密～中密状;下伏基岩在沟谷上游多为泥质粉砂岩，质软，易碎，中厚层状构造，节理裂隙发育，碎块或短柱状，强风化分布厚度 2.6～17.0 m，中风化1.1～47.95 m，微风化3.6～6.4 m。灰岩分布中下游沟谷，中厚层状构造，节理裂隙发育，强风化分布厚度2.90～10.0 m，呈碎块～短柱状，中风化1.7～18.9 m，岩芯呈短柱 ～ 长柱状，微风化0.8～13.7 m。

库区左岸坡自然坡度角在10°～30°之间，上覆残坡积厚度0.50～13.80 m，由粉质黏土、碎石构成。下伏基岩为灰岩，局部基岩裸露，岩溶发育，存在较大溶洞和大量小溶洞 ，强风化分布厚度7.20 ～16.2 m，呈碎块 ～ 短柱状，中风化1.9 ～29.5 m，岩芯呈短柱～长柱状。

库区右岸坡自然坡度角在5°～20°之间，位于库区沟谷向斜核部位置，砂页岩覆盖结晶灰岩之上。上覆残破积分布厚度1.50～23.20 m，由粉质黏土、碎石组成;下伏基岩为砂页岩，中薄层状构造，构造破碎严重，强风化分布厚度3.70～26.60 m，中风化0.80 ～26.4 m，微风化1.20 ～2.80 m。

3 矿区渗漏预测

库区内针对不同岩性在钻孔和井探中分别作压水试验、抽水试验、注水试验及渗水试验，根据试验成果并参照以往工程经验，碎石层最大渗透系数K=24.7 m/d，泥质粉砂岩最大渗透系数 K=0.33 m/d，灰岩最大渗透系数 K=12.9 m/d。

灰岩岩溶裂隙水位埋深为25.8～30.4 m，标高4 243.5～4 274.34 m，最高水位与库区淹没最高标高相差近125 m。右岸坡脊主要分布为阿堵拉组(T3a)砂、页岩，由于其质软，构造破碎，风化带较厚，多呈碎裂状、碎屑状、碎块状，由泥质充填，其透水性、含水性弱，对库区运营后影响较小。而左岸山脊及右岸北侧山沟地带主要以波里拉组(T3b)灰岩为主，受风化、构造作用的影响，地表构造裂隙、风化裂隙非常发育，岩体内的溶蚀裂隙也很发育，具有地下水运移和赋存的通道，区域上具有透水性、富水性强等特点。根据地质钻探及物探资料分析，库区一带岩溶裂隙一般发育于7～30 m之间，左岸山坡多发育背斜构造，节理裂隙发育，有利于水沿裂隙发育方向流动，库区沟谷一带灰岩透水性垂向上差异较大。由于灰岩具有极大的不均一性特点，加之受高原隆起影响，区内断裂构造发育，不排除沟谷内尚存在管道式地下水渗流。因此，当库区内尾矿砂堆积运营时，少量库区尾矿水可能沿着灰岩岩溶或裂隙向沟谷两侧外渗(主要向左侧灰岩区外渗)。下渗地下水一部分在库区沿沟谷向下游渗流，一部分通过地下通道沿邻谷渗流。

4 库区渗漏评价

库区渗漏通道主要分布于左岸灰岩区，根据现场渗漏情况，本次通过裘布依公式计算及数值模拟法计算灰岩区渗漏情况，通过比较分析，得出较为准确的渗漏数据及可能渗漏的渠道及方向，为库区渗漏预防提供可靠的数据。

4.1 按裘布依公式计算

根据裘布依公式［4］，假设相对隔水层水平，当相对隔水层以上的尾矿库水头为H1，相对隔水层以上的邻谷水头为H2，渗漏距离为L，通过单薄分水岭的单宽渗漏流量按下式近似计算:

式中，K为岩体的渗透系数(m/s)。

邻谷K值，根据库区灰岩强风化及中风化渗透系数计算求综合渗透系数，取值0.365 m/d。垂直沟谷K值，根据坝体灰岩层抽水试验结果，取值0.650 5 m/d。

由此，通过宽度为B的单薄分水岭，尾矿库渗漏流量按下式计算。

图1 尾矿库渗漏估算模型

4.2 数值模拟计算

为更好地体现库区在邻谷渗漏及垂直坝体渗漏量，同样选用了库区三条横断面及一条垂直坝轴线断面进行分析，本文仅以一条横断面和垂直断面为例进行分析说明。计算尾矿库大坝建成运营期间，水位达到4 400 m高程时的邻谷渗漏量。

库区横断面，根据断面建立计算模型、渗漏路径及计算该截面的渗流量见下图2、图3、图4。

图2 横断面计算模型

图3 横断面渗流路径

图4 横断面截面流量图

4.3 库区纵断面

根据纵断面建立的计算模型、渗漏路径及计算该截面的渗流量见下图5、图6、图7。

图5 纵断面计算模型图

图6 纵断面渗流路径

图7 纵断面截面流量图

通过模型计算该纵截面的渗流量为6.24×10－4m3/s。

通过裘布依计算公式及建立模型计算库区灰岩区渗漏量，对两种方法的计算结果进行了比较，比较结果见表1，表2。

表1 库区邻谷渗漏总量

表2 库区顺沟谷渗漏总量

由于本次计算仅考虑尾矿水沿基岩裂隙的渗漏量，尾矿库运营后，还有部分尾矿水沿坝体渗漏，由此可见，库区运营后，库区内尾矿水主要通过坝体向下游方向渗流，仅有部分尾矿水会通过地下水通道向邻谷渗漏。

5 结论及建议

(1)尾矿库位于灰岩发育地带，地下水主要以岩溶裂隙管道径流，下游为村镇及矿区水源地，一旦尾矿水经过灰岩发育通道发生渗漏后对下游影响巨大，因此，应做好防渗工作及一旦发生渗漏的应急预案。

(2)为防止尾矿因渗漏造成环境的污染，建议在沟谷河床用透水性差的黏土换填碾压处理，在上部形成人造隔水层。对左岸坡上较大溶洞采用回填浆砌片(块)石或灌注水泥砂浆、混凝土等封闭，最大限度地消除库区淹没后因渗漏造成对环境的污染，未充填状小溶洞采用回填浆砌片(块)石或灌注水泥砂浆、混凝土等封闭，对溶蚀破碎带进行帷幕注浆处理［5］。

(3)尾矿库库区在运营过程中做好库区排水措施，增加库区水向下游的排泄量，从而减少邻谷渗漏量。并在下游地段或泉眼处做好地下水位监测及水质监测工作，以防库区含金属离子水下渗到下游造成地下水的污染。

［1］范恩让.影响尾矿库排洪涵洞安全的因素与对策［J］.甘肃冶金，2009，30(2).

［2］工程地质手册(第四版)［M］.北京:中国建筑工业出版社，2010.

［3］尾矿堆积坝岩土工程技术规范［M］.北京:中国计划出版社出版.

［4］陈崇希.地下水动力学［M］.北京:中国地质大学出版社，2003.

［5］建筑地基基础设计规范［M］.北京:中国建筑工业出版社，2011.