浅析尾矿库岩土勘察技术与坝体的稳定性评价

2015-10-31贾贵毓罗俊

建材与装饰 2015年19期

关键词：尾矿库尾矿渗流

贾贵毓　罗俊

（江西省建筑设计研究总院　江西　南昌　330000）

浅析尾矿库岩土勘察技术与坝体的稳定性评价

贾贵毓罗俊

（江西省建筑设计研究总院江西南昌330000）

作为矿山中较大危险源，尾矿库近年来发展过程中要求注重采用岩土勘查技术并科学评价坝体稳定性。尤其针对尾矿库运行过程中存在的问题，其稳定性状况对尾矿库安全具有极大的影响。这就要求在利用岩土勘察技术过程中注重结合现代钻探技术、工程物探技术以及坑探技术等，并从其物理力学性质角度以及渗流特征等方面进行稳定性的评价，确保尾矿库能够安全运行。本文主要对尾矿库的基本概述、尾矿库岩土工程勘察技术分析以及尾矿坝坝体渗流与抗滑两方面稳定性进行探析。

尾矿库；岩体勘察技术；坝体稳定性

前言

从我国当前尾矿坝的现状分析，其多以上游式尾矿筑坝呈现，极易出现稳定性问题。特别其中涉及的抗滑与渗流稳定性很大程度上影响尾矿库的安全，对此现状充分利用当前岩土勘察技术并做好坝体稳定性评价工作，以促进尾矿库的可靠运行。因此对岩土勘察技术在尾矿库中的应用以及坝体稳定性评价分析具有十分中用的意义。

1　尾矿库的基本概述

研究尾矿库过程中，首先需提及尾矿的概念，其具体指为从金属矿山或非金属矿山中进行精矿选取后所遗留的废渣，不仅在数量上比较庞大，而且其中存在的有害成飞也极易造成环境污染以及河道淤塞的情况。因此，通过在谷口处进行坝体的构建或采用围地的方式构建尾矿排放的场所，即尾矿库。常见的尾矿库主要由回水系统、排洪系统以及对村系统等构成。而在类型上又表现为谷型尾矿库、傍山型尾矿库、平地型尾矿库以及戴河型尾矿库。其中谷型尾矿库主要指通过筑坝在山谷谷口所形成的尾矿库，如常见的大中型尾矿库均为谷型尾矿库；傍山型尾矿库形成过程中通常采用依山筑坝的方式，多集中在低山丘陵地区；平地型尾矿库筑坝过程中主要集中在沙漠或平原地带；而戴河型尾矿库所采取的筑坝方式主要为河床的上下端截取，但这种方式难以进行维护管理，在我国比较少见[1]。图1所示为国内常见的谷型尾矿库。

图1　

2　尾矿库岩土工程勘察技术分析

以华北地区某铁矿尾矿库为为例进行勘查技术应用的具体分析，其尾矿库运行过程中的设施主要包括初期坝与尾矿堆积坝以及回水与排洪设施。其中初期坝不存在塌陷与鼓胀现象，但在坝底出常渗出少量水。在通过现场踏勘中，测量尾矿堆积坝的坝高为46m，坝顶高程约为320m，水深控制约为15m，而外坡比为1：1.86，由此可分析其轮廓尺寸的设计能够满足要求，不存在滑坡或裂缝等现象，运行较为正常。在回水系统与排洪系统中采用的方式主要以排水斜槽方式为主，其适合该库区的地形特征。而在区域自然地理情况中发现，库区自然地理环境表现为降雨季节比较集中，地质情况较为稳定，所以采用谷型尾矿库。

2.1勘察技术应用的方案设计

根据该区尾矿库特征，在应用勘察技术过程中首先进行勘察方案的设计。其具体包括勘察的目的、工作方式以及工作量等方面内容。其中勘察的目的主要为对当前尾矿库坝体稳定性进行分析，并根据其中影响坝体稳定性的因素提出针对性的解决策略，以此为尾矿库的环境与安全方面的评价提供可供参考的依据。而勘察方式所选择的主要利用现代钻探技术以及包括静力触探以及标准贯入在内的原位测试方式。根据具体勘测要求规定，完成勘察工作量。

2.2岩土工程勘察技术的具体应用

应用岩土工程勘察技术过程中，采用的钻探方式主要将地下水位以下的泥浆护壁回转钻进与地下水位以上螺纹钻杆钻相结合，并对原状尾矿砂试样。但此时为保证尾矿砂密实度的评价更为准确，应利用到原位测试方式中的标准贯入试验。在分析尾矿砂渗透系数中所采取的方式主要为单环法，而评价建筑材料受尾矿水影响中利用的主要为尾矿水试样分析。根据相关的技术标准，对所采取的尾矿土与尾矿砂等做好试验工作以使其物理力学性质得以正确评价，并为坝体的抗滑稳定性与渗流稳定性评价提供依据。通过试验结果将尾矿材料可具体概括为尾粉质粘土、密实状态的层尾粉细砂以及较为松散的层尾粉细砂。同时，试验过程中所测的的初期坝在物理力学指标经验值上主要表现为以22.0kN/m3重力密度、2kPa与37°的抗剪强度以及0.01cm/s的渗透系数。而对尾矿堆积坝采用原位测试的勘察技术过程中，发现随深度的增加，尾矿砂的密度呈逐渐上升趋势。在踏勘过程中由于存在坝底渗水的现象，对此应用勘察技术过程中利用钻孔方式对水位进行实测，发现放矿过程中尾矿堆积水位呈升高趋势，而且受交错层理影响，使含水层渗透型在水平方向表现极大，由此出现水下渗情况。因此通过钻探技术以及包含标准贯入与静力触探方式在内的原位测试方法相结合的勘察技术能够将尾矿堆积材料的性质、沉积规律以及渗流特征进行分析[2]。

3　尾矿坝坝体抗滑与渗流稳定性分析

尾矿库的稳定运行及尾矿库下游人们生产生活多受坝体稳定性影响，尤其近年来国内外频发的尾矿坝溃坝现象也成为社会关注的重要内容。在实际分析坝体稳定性过程中需以当前相关技术规范为标准，将洪水运行以及尾矿库运行比较正常的情况下，对处于静力状态下的抗滑与渗流稳定性进行分析，以此实现综合评价坝体的整体稳定性。

3.1对坝体抗滑稳定性的分析

在分析尾矿坝坝体稳定性过程中需引用相应的理论方式如瑞典条分法、Bisop法。例如，当尾矿坝坝体保持在圆弧形滑裂面状态下，对坝体静力状态下尾矿库内的最高洪水位标高315.3m以及当前水位标高314m条件下的抗滑安全洗漱进行计算，能够判断尾矿堆积坝体存在局部不稳定的情况，但不会对整体滑坡的稳定性造成影响。

3.2对坝体渗流稳定性的研究

现阶段对尾矿库渗流稳定性分析过程中常用的软件主要为理正渗流分析软件，其对于土地渗流情况、闸坝渗流分析等较为适用，而采取的分析理论主要以达西定律为主。其具体指为若尾矿堆积体中存在渗透水流动的情况，所做的层流运动以低雷诺数为主，并保持水力坡度与水流速数值的正比关系。在进行参数决定过程中，需确定计算的参数与剖面并做好渗流稳定性计算分析。特别在计算渗流稳定性过程要求考虑洪水运行工况下渗流状况，如图2为洪水运行状态下坝体浸润线图示。

图2　

由图2可分析当洪水运行状态，若标高保持在315m左右，其透水性在初期坝中表现极好，即使侵润线在坝体深处，但并未在坝坡处溢出，所以若洪水运行工矿正常且水位比较正常的条件下，坝体渗流稳定性较好。因此，在实际分析坝体渗流稳定性过程中，需注意分析洪水运行以及尾矿库运行是否正常，确保在静力状态下得出坝体渗流稳定性的分析结果。以往学者研究过程中除考虑坝体渗透稳定性与抗滑稳定性方面外，也注重安全风险、动力特性以及坝体的变形特性等方面的研究。其中在安全风险评价方面，国内当前大多尾矿库无论从施工设计、技术应用、尾矿库选址以及投入使用后都存在一定的安全问题，其是导致尾矿库事故发生的重要原因。而在动力特性方面，由于我国尾矿坝采用的建造方式主要以上游法为主，使其中存在的尾矿粉颗粒在震动作用下很容易受到破坏，其对坝体的整体稳定性也有重要影响。另外，在坝体变形特性方面，当前主要采用灰色模型法以及神经网络法以做好坝体监测研究工作。因此，为保证尾矿库能够正常运行，无论在建设中或实际投入使用过程中都需适时对其稳定性进行分析[3]。