某尾矿库滩面治理地基处理技术研究

章 延 平

(中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司,浙江 杭州 311122)

1 概述

尾矿库滩面内堆存了大量尾矿泥和钛白泥等特殊性软土，其治理技术成为尾矿库退役治理的瓶颈。针对某尾矿库滩面治理技术的研究为该尾矿库第二阶段退役治理提供了有效的技术解决方案并打下坚实的理论和试验基础。真空预压法工艺为软土地基处理的有效方法，以其工期短、施工安全、无污染环境、费用低等优点而广泛应用于港口、码头、机场、工业与民用建筑等工程建设。将该方法引入尾矿库滩面治理中进行研究，可进一步拓宽其应用范围，并对尾矿库滩面特殊性软土的加固机理进行较为深入的探讨。

2 尾矿库场地地质条件

尾矿库滩面主要由钛白泥、尾矿土(尾粉质粘土)及第四系全新统残坡积层粉质粘土等组成。钛白泥：红褐色，软塑状，土质均匀，主要由钛白泥组成，具微层理。尾矿土层：灰褐色，软塑，土质较均匀。主要矿物成分为蒙脱石、伊利石、高岭土等，具微层理。第四系全新统残坡积层：红褐色，可塑～硬塑，土质较均匀，切面稍有光泽，上部可见植物腐殖和根系，下部可见僵石颗粒。

超市、农贸市场等主要采样地点和不同生产季节，餐桌酱油和烹调酱油中菌落总数的污染水平无统计学差异，分析原因，应该是研究对象为预包装且样品一般为高盐高渗透压，流通过程受环境影响较小，常见细菌在酱油的高盐环境下不易增殖且呈下降趋势[3]。主要产区和不同采样地区菌落总数的污染存在差异，应该与不同企业加工过程中卫生质量的控制效果存在差距，预包装产品的销售范围区域差别较大有关。采自农村的烹调酱油中菌落总数≥10 cfu/mL的样品比例(57.03%)高于城市(49.68%)，可能与城市和农村地区该类产品的品牌分布有关[4]。

尾矿库滩面地下水为第四系孔隙潜水，地下水埋深0.10 m，地表积水深度在0.00 m～0.91 m。滩面内软土层渗透性为微透水～弱透水。

3 真空预压法机理及试验区设置

真空预压法处理工艺，利用地表砂垫层及土层内部的竖向排水体逐步形成负压，使土体与排水体、垫层之间形成压差，在该压差作用下，土体内孔隙水逐渐从排水体中排出，最终使软土固结。从其工作机理来看，主要反映在薄膜内外压差、地下水位降低、封闭气泡排出等几个方面，使土体内部附加应力增加、土的渗透性增大。

尾矿库钛白泥和尾矿泥均为高压缩性软土，含水量高，孔隙比大，为接近饱和的软粘土类地基。PLAXIS高级本构软土模型考虑土层刚度与应力的相关性(对数压缩定律)、区分加卸载过程、对先期固结应力具有“记忆性”、孔隙比及渗透性的变化等。在等向固结试验中，软土模型的体积应变与平均有效应力关系、屈服面如图1，图2所示。

4 尾矿库滩面真空预压数值分析

4.1 软土本构模型

数值分析采用国际领先的岩土工程有限元软件PLAXIS，具有模拟软土地基的高级软土本构模型，以及模拟地基内人工排水体的水力边界条件，应用三维比奥固结理论分析软土地基固结的流固耦合问题。

针对本尾矿库滩面治理，真空预压试验区宽度60 m，长度90 m。1区和2区分别采用1.0 m和1.2 m间距、正三角形(梅花形)布置的C型塑料排水板作为地基的竖向排水体。排水板插板深度约20 m，塑料排水板顶部埋入砂垫层长度不小于0.3 m。真空预压试验区四周采用粘土密封墙进行封闭，墙底深入第四系粘土层1 m，墙厚不小于1.2 m。

4.2 数值分析模型及结果讨论

分析模型的位移边界采用标准的边界约束条件，水力边界为地表自由排水(同原泥面上的砂垫层排水条件)、四周定水头边界(同场地周围的水力补给条件)、底部不透水(同未完全揭露的极微透水层排水条件)。塑料排水板采用线排水单元来模拟，施加真空水头(80 kPa真空荷载)。密封墙采用非透水界面单元表达材料的极弱透水性。有限元分析的地基变形如图3所示。

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抽真空引起软土地基中超静孔压的累积，上部地层超静孔压较大，深层地层超静孔压则相对较小。抽真空固结约140 d后，真空预压区的超静孔压基本消散，地基基本完成固结。预压完成后

从分析结果可见，尾矿库地基最大沉降达1.96 m，地表沉降呈中心大、两侧小的形态；地基最大水平位移达1.42 m，其方向指向真空区中心，呈真空边界处大、远离真空区以及真空区中心小的形态。

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地层中形成的真空区域主要集中在地表以下8 m左右的范围。在预压区中心选择位移和孔压监测点，各监测点沉降—时间曲线见图4，超静孔压—时间曲线见图5。

由图4可见，深部地层沉降量小于浅部地层沉降量，在抽真空140 d之后，各监测点的沉降基本趋于稳定，比如地表沉降从110 d到140 d平均沉降速率为0.13 mm/d。图5显示各监测点在抽真空140 d时基本完成固结，抽真空90 d时固结度可以达到98%。

5 结语

本文主要探讨尾矿库滩面治理技术研究，采用真空预压方法对场地内钛白泥、尾矿泥进行固结处理，通过对尾矿库滩面特殊性软土的真空预压固结进行数值分析试验，在软土中设置竖向排水体，结合地表水平排水系统，施加80 kPa真空荷载时，其90 d平均固结度达91%，满足滩面治理要求。因此，在控制抽真空施工质量、针对特殊性软土特性优化真空预压技术指标的情况下，真空预压加固技术对尾矿库滩面钛白泥、尾矿泥的治理是可行合理的。