尾矿坝稳定性分析评价
2015-10-21项春梅
项春梅
摘要：尾矿库作为矿山的一个重要生产设施，其运行状况的好坏，直接关系到矿山的正常生产和人员财产安全。在生产实践中，人们已经越来越清楚地认识到尾矿库对矿山正常生产具有举足轻重的作用。
据统计表明，我国目前尾矿库数量在6000座以上，其中已形成规模的大、中型尾矿库约有1500多座，主要分布于有色、冶金、化工、核工业、黄金、建材等6大行业，尾矿库发生事故的频率和事故破坏程度也是少见的。因此，对尾矿库坝体稳定性的正确评价是非常重要的。
关键词：尾矿坝 稳定性 评价
1尾矿库稳定性评价方法
尾矿坝的稳定性评价主要有定性分析方法和定量分析方法，包括模糊综合评价法、灰色综合评价法等，而定量分析方法中的极限平衡法是研究尾矿库稳定性运用最广泛的方法之一，其中尤以圆弧法中的瑞典圆弧法、简化毕肖普（Bishop）法应用广泛。
1.1瑞典圆弧法
尾矿坝的抗滑稳定性分析方法主要是圆弧法。圆弧法是基于平面应变假定，视滑面为一个圆筒面，分析时通常将滑体分成许多竖条，以条为基础进行力的分析，各条之间的力大小相等，其方向平行于滑面，以整个滑面的稳定力矩与滑动力矩之比作为安全系数。
1.2简化毕肖普（Bishop）法
毕肖普法属于土质边坡稳定性分析中的一种圆弧滑动条分法，也是当前工程应用中很常用的方法。
2 尾矿库坝体稳定性评价应用
2.1某尾矿库基本情况简介
某尾矿库坝体由初期坝和堆积坝组成。
初期坝为堆石透水坝，采用抗酸腐蚀性能好的未风化石英砂岩碎、块石材料筑填，上游坡设置有反滤层，下游坡和坝顶干垒块石衬面。坝高25m，坝顶设计宽5m，坝顶轴线长约130m。上游坝坡坡比1：2.0，下游坝坡坡比均为1：2.3。
堆积子坝采用库前析水干燥的磷石膏料分层压实填筑，每级子坝填筑高度为5m，外坡坡比1：2.0，内坡坡比1：1.5，坝顶宽度5m，堆积坝外坡比平均为1：3.0。子坝外坡面和坝顶采用风化板岩碎屑、土压坡，厚度0.50m，种植草类植被护坡。
目前子坝堆高85m，总坝高110m。
2.2尾矿坝工程地质情况
磷石膏堆场库区内的地层主要有：第四系人工堆积（Qml）尾粉土、土料、碎块石，人工冲积（Qml）尾粉土，基底岩层为元古代柳坝塘上段（Ptlb2）板岩。按物质组成及工程力学性状分类，共划分为①～③三个单元层，①1、①2、①3、②1、②2、②3六个工程地质单元亚层，各岩土单元亚层的工程特性分别叙述如下：
（1）第四系人工堆积（Qml）层
a、初期坝碎块石堆积体（单元亚层代号为①1）：紫红色，由中等～微风化石英砂岩碎块石堆填而成，具一定级配，经分层压密处理。内坡设置有反滤层，外坡面及坝顶采用干垒块石衬面，外坡面设有马道和步行台阶。坝脚透水正常，透水面平整、均匀，水质清澈，无漏砂等不良现象。
b、土料堆体（单元亚层代号为①2）：褐黄、浅黄色，由强风化板岩碎屑、土组成，经分层压密处理，稍密～中密状态，稍湿～湿。主要分布于第4级子坝坝体和各子坝西面与山体结合部地段。
c、堆填尾粉土（单元亚层代号为①3）：浅灰、灰白色，由磷石膏尾矿组成，取自坝前滩面析水干燥的磷石膏尾矿，用于填筑子坝，经分层压密处理。中密状态，稍湿。成分较均匀，颗粒级配较差。
（2）第四系人工冲填（Qml）层
由管道湿法输送矿浆上游法排放于库区，自然析水、固结沉积而形成，由于排放、堆积时间不同，含水量的差异，其固结状态有所不同。按力学性状分为三个亚层，叙述如下：
a、冲填尾粉土（单元亚层代号为②1）：浅灰、灰白色，松散状态，稍湿。显银色光泽，浸水饱和后摇振反应明显，干强度差，韧性差。堆放时间短，尚未固结，主要分布于现沉积滩面浅部0～3m深度范围内。
b、冲填尾粉土（单元亚层代号为②2）：浅灰、灰白色，稍密状态，湿。显银色光泽，稍湿状态浸水饱和后或自然饱和状态下摇振反应明显，干强度差，韧性差。主要分布于沉积滩深度3～20m范围内和浸润线附近，堆放时间较②1层长，正在固结过程中，或受地下水渗流、浸泡作用影响未能完成固结作用。
c、冲填尾粉土（单元亚层代号为②3）：浅灰、灰白色，中密状态，湿～饱和。显银色光泽，摇振反应明显，干强度差，韧性差。分布于堆体下部，堆放年限较长，大部分已完成自重固结，局部有弱胶结块。
（3）元古代柳坝塘上段（Ptlb2）板岩
板岩：褐黄、浅黄色，砂泥质结构，薄层状构造，強风化。岩体呈碎裂、碎屑状，岩芯呈碎屑、土状。干钻可～较难钻进。岩层产状60°∠42°～125°∠51°。
2.3尾矿库区域构造
区域地质上，某磷石膏堆场在大地构造上处于扬子准地台西南部，川滇台背斜南段，武定石屏隆断束中部，属川滇南北向构造带的南段；区域构造以断裂为主，褶皱次之。主要断层为罗茨断层（F1）和普渡河断层（F2），两条断层均为切穿基底的深大断裂，共同构成区域构造单元的东西边界，限制了区内构造的延伸和展布。次级断层主要有温泉-车家壁近东西向断层（F3）和温泉-县街近南北向断层（F4），某堆场区域上处于罗茨断裂与普渡河断裂之间，均属活动性断裂。由于两条断裂距离场区较远，对已建堆场无影响。构成场地的基底岩层以元古代柳坝塘上段（Ptlb2）板岩为主。岩层产状60°∠42°～125°∠51°。
3 某尾矿库坝体稳定性分析
3.1计算参数
磷石膏和4级子坝（土料堆体①2）的参数根据选用本次地勘报告的建议值，排渗堆石体采用磷石膏水浸泡后的三轴试验结果，坝基基岩根据地勘报告的现场直剪试验选取。最后采用的计算参数见表3.1-1所示。
表3.1 1 磷石膏堆积坝稳定分析计算参数
层号 土层分类 湿容重γ 饱和容重γsat 凝聚力c 内摩擦角φ
kN/m3 kN/m3 kPa 度
磷石膏 堆积尾粉土①3 16.6 17.4 0 36.0
冲填尾粉土②1 14.6 16.8 0 20.0
冲填尾粉土②2 15.3 17.3 0 32.0
冲填尾粉土②3 17.3 18.0 0 35.0
筑坝土 4级子坝（土料堆体①2） 19.0 20.0 30.0 15.0
排渗堆石体 20.8 21.2 0 40.3
坝基 全风化绢云母板岩 20.0 20.8 30.7 18.2
强风化绢云母板岩 21.0 21.5 80.0 25.0
3.2计算结果
本文选择2-2断面和4-4断面，分别进行了如下4种方案的稳定计算：
（1）工况1：堆积至17级子坝（现状堆存高程），滩长为100m；
（2）工况2：堆积至18级子坝（设计堆存高程），滩长为100m；
（3）工况3，工况1+8度地震；
（4）工况4，工况2+8度地震；
图3.1-1～图3.1-2给出了4种工况下的最危险滑弧位置示意图。表3.1-1给出了各种工况的计算结果。计算结果表明：现状和堆存至18级子坝情况下的静动力抗滑稳定安全系数均满足规范要求且具有一定的安全储备，坝体不会发生失稳破坏。
表3.2 1 2-2断面稳定分析结果
工况 抗滑稳定安全系数 规范[10]允许值（2级坝） 备注
瑞典法 简化
Bishop法 瑞典法 简化
Bishop法
1 1.454 1.484 1.25 1.35 堆积至17级子坝（现状堆存高程），
滩长为100m
2 1.360 1.366 堆积至18级子坝（设计堆存高程），
滩长为100m
3 1.186 1.203 1.05 1.15 工况1+8度地震
4 1.103 1.162 工况2+8度地震
表3.2 2 4-4断面稳定分析结果
工况 抗滑稳定安全系数 规范[10]允许值（2级坝） 备注
瑞典法 简化
Bishop法 瑞典法 简化
Bishop法
1 1.498 1.641 1.25 1.35 堆积至17级子坝（现状堆存高程），
滩长为100m
2 1.383 1.437 堆积至18级子坝（设计堆存高程），
滩长为100m
3 1.279 1.359 1.05 1.15 工况1+8度地震
4 1.132 1.176 工况2+8度地震
（a） 工况1和工况3
（b） 工况2和工况4
图3.2 1 2-2断面坝坡滑弧位置示意图（简化Bishop法）
（a） 工况1和工况3
（b） 工况2和工况4
图3.2 2 4-4断面坝坡滑弧位置示意图（简化Bishop法）
4 结论
通过利用简化（Bishop）法，对尾矿库进行了评价，得出了该坝体的稳定性满足规范要求，坝体是安全的。同事证明该评价方法也是有效的，只要评价参数选择合理正确，评价结果是可信的。
参考文献：
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