某尾矿库坝体渗流计算与坝坡稳定计算分析

乔连朋1 范向伟2 解伟3

（1.河南水利与环境职业学院，河南 郑州 450000；2.河南天泰工程技术有限公司，河南 郑州 450000；3.华北水利水电大学，河南 郑州 450000）

某尾矿库坝体渗流计算与坝坡稳定计算分析

乔连朋1 范向伟2 解伟3

（1.河南水利与环境职业学院，河南 郑州 450000；2.河南天泰工程技术有限公司，河南 郑州 450000；3.华北水利水电大学，河南 郑州 450000）

选取不同工况，利用理正渗流稳定分析计算软件和理正边坡稳定分析软件，分别对尾矿库初期坝进行渗流计算与边坡稳定计算及分析，结果表明：各种工况下坝体单宽渗流量远远小于允许单宽渗流量，浸润线位置较低可满足要求，坝坡的抗滑稳定系数均大于对应工况下的坝坡抗滑稳定最小安全系数，满足规范要求，尾矿库初期坝坝体稳定。

尾矿库；渗流计算；坝坡稳定；透水堆石坝；浸润线

1 工程概况

河南省某尾矿库初期坝为碾压式透水堆石坝，坝高23m，坝顶宽3.5m，外坡坡比1∶1.75，内坡坡比为1∶1.6，坝轴线长为105.7m。在初期坝底部设置排渗褥垫。在坝高13m处，外坡设置一条宽度2m的马道。尾矿库内现状尾砂堆积最大高度为21m。

2 渗流稳定理论与计算

2.1 渗流稳定计算理论

尾矿库坝体稳定性分析目的是为尾矿库的安全性作出评价或为整体设计提供技术参数［1，2］。工程实际中，初期坝使用透水堆石坝较为广泛，由于透水堆石坝的渗透性规律较复杂，目前关于此类尾矿坝的渗流计算方法尚不成熟。之前在工程实际中较多参照斜墙堆石坝渗流计算方法进行计算［3］。

近年来，有限元的思想逐渐引入到了水坝的渗流分析中，并随着研究成果的深入，在渗流分析中，利用有限元解决复杂渗流问题已成为水利工程渗流分析的重要途径［4］。从水坝渗流稳定法分析方法中得到启发，尾矿坝的渗流稳定分析也逐渐开始使用有限元的思想解决。

2.2 渗流稳定计算

2.2.1 坝体渗流稳定计算。该尾矿库渗流分析采用北京理正软件设计研究院开发的理正渗流分析计算软件进行计算。

计算模型的选取：根据该尾矿库运行情况，模拟正常水位运行和最高洪水位运行2种工况［5］，其正常水位和最高洪水位分别是21.5m和22.24m，下游水位均0m。该尾矿库采用的计算参数见表1。

采用AutocAD建立模型，x轴垂直于坝轴线方向，指向下游为正；y轴为竖直方向，指向上为正方向。通过理正软件进行，渗流计算结果见表2。

根据渗流计算结果进一步计算分析，可得出该尾矿库初期坝的浸润线，2种工况下浸润线位置分别如图1和图2所示。

2.2.2 坝坡抗滑稳定性计算。该尾矿库所在地区抗震设防烈度为6度。坝体稳定计算分以下3种工况，工况Ⅰ：正常运行=正常水位+坝体自重；工况Ⅱ：洪水运行=最高洪水位+坝体自重；工况Ⅲ：特殊运行=最高洪水位+坝体自重+地震（6度）。坝体材料物理力学指标见表3。

根据瑞典圆弧条分法理论，采用总应力圆弧法进行坝坡稳定计算。使用理正边坡稳定分析软件进行坝坡的抗滑稳定系数计算与分析。坡面线段数取5，具体控制参数见表4。通过计算，其2种工况的稳定计算结果见表5。

表1 浸润线计算参数

表2 渗流计算结果

表3 坝体材料物理力学指标

表4 坡面信息控制参数表

表5 3种工况坝坡稳定计算结果

图1 正常水位浸润线位置示意图

图2 最高水位浸润线位置示意图

3 计算结果与分析

3.1 坝体渗流稳定分析

根据2种工况的渗流计算结果可得，2种工况下的单宽渗流量分别是2.83×10-5、7.94×10-5m3/（s·m），均远远小于临界单宽渗流量。由浸润线计算结果可知，从上游向下游均呈明显下降趋势，到下游溢出口处库底高差分别为1.275、3.571m，溢出口位置均较低。通过观察浸润线位置可知，相对于坝体总高度，坝体浸润线位置较低。该尾矿库坝体在2种工况下运行均属于低水位渗流状态，渗流量适中，与实测渗流量基本一致，尾矿库初期坝可满足尾矿库坝体的排渗要求。

3.2 坝坡渗流稳定分析

目前，该尾矿库的等别为五等库，3种工况下坝坡稳定计算的滑动安全稳定系数分别为1.275＞1.15、1.216＞1.05、1.187＞1.00，符合五等库在各种工况下运行期的安全稳定系数值，满足规范要求，所以该尾矿库初期坝坝坡稳定。

4 结语

通过计算分析可知，不同工况下坝体单宽渗流量与浸润线位置均符合相关规范的要求，不同工况下坝坡抗滑稳定系数均满足对应工况下的规范要求，坝体整体处于安全状态。结合尾矿库的现状，印证该方法进行尾矿坝坝体稳定分析的合理性，该方法进行稳定计算分析较简便易行且计算结果可靠，具有一定实用性。

［1］王淇，盛建龙，邓静.芙蓉坡尾矿库坝体稳定性分析［J］.有色金属（矿山部分），2012（1）：39-44.

［2］汪晓霖.尾矿库防洪安全监测分析［J］.工业安全与环保，2010（6）：59-64.

［3］尾矿设施设计参考资料［M］.北京：冶金工业出版社，1980.

［4］胡良明，李玉涛，胡云鹤，等.坞罗水库土石坝综合防渗效果分析［J］.人民黄河，2011（6）：110-111.

［5］廖呜宇，张立勇，罗荣，等.龙凤水电站闸基渗流稳定分析［J］.人民黄河，2013（9）：114-118.

Calculation and Analysis of Seepage and Slope Stability about the Early Stage Dam of a Tailings Pond

Qiao Lianpeng1Fan Xiangwei2Xie Wei3
（1.Henan Vocational College of Water Conservancy and Environment，Zhengzhou Henan 450000；2.Henan Tite Engineering Techonology Co.Ltd.，Zhengzhou Henan 450000；3.North China University of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou Henan 450000）

Selecting the different conditions,using Lizheng software about analysis of seepage stability and slope sta⁃bility of tailings pond,the seepage and slope stability of the early stage dam was calculated and analyzed.The results showed that the single wide seepage flow was far less than the allowable discharge of seepage under different condi⁃tions;The location of the phreatic line was low,which could meet the requirements;All the anti-sliding stability coef⁃ficient of the dam slope were greater than the stability minimum coefficient corresponding to different conditions, which meet the requirements;The early dam of tailings pond was stable.

tailings pond；seepage calculation；slope stability；permeable rock fill dam；infiltration line

TV139.14

：A

：1003-5168（2017）03-0098-03

2017-02-11

河南省科技攻关计划项目（152102110177）；河南省水利科技攻关计划项目（GG201533）；《水利工程施工》教学资源库建设及应用（ZJB16267）。

乔连朋（1986-），男，硕士，研究方向：水工结构设计与施工方面。