某铜矿二期排污坝稳定性分析

2019-07-30周雄超刘波张道长

新疆有色金属 2019年3期

周雄超刘波张道长

（浙江建辉矿建有限责任公司温州 253800）

0 前言

某铜矿二期扩建工程中，建于湖底淤泥之上的污水调节库拦污坝在接近竣工完成之时。由于湖底淤泥强度极低、孔隙比高、施工处理困难，拦污坝采用排水固结筑坝，在施工过程中多次出现不利于坝体稳定的裂缝。目前采用最广泛的极限平衡分析法对拦污坝稳定性计算分析，得出拦污坝的稳定性状态。在此基础上采用FLAC-3D数值模拟对拦污坝的破坏模式进行分析，提出了确保湖底淤泥达到固结要求，以及对拦污坝进行了中部马道加宽的建设性意见，确保了二期扩建拦污坝的顺利完工，为矿山的延续开采，提高综合经济效益和社会效益做出了一定的贡献。

1 剖面图及参数计算

根据现场勘探与室内试验结果，得到六个地质剖面。选取2-2剖面和5-5剖面为计算剖面，并采用实际工程地质剖面，基本可以反映坝体的真实情况。

通过钻探获取现场各种土样，并分析土样的物理力学性质。根据室内试验结果，并结合类似材料的经验值综合考虑，确定本次稳定性计算分析采用的土性参数指标见表1，计算取值较试验结果偏小，以保证一定的安全储备。

表1 坝体稳定性分析采用的土性指标

21 26 35 17 15第四系全新统坡洪积相砾砂志留系强风化粉砂层人工夯填土人工干砌块石层砾石土料18 20 24 26 25 9 28 50 8 11

2 拦污坝稳定性计算

拦污坝施工过程中对坝体上游部分铺设了防渗膜，因此，拦污坝稳定性计算分析中，主要考虑了两种运行情况，一是大坝处于自然状态，不考虑上下游的水压力作用；二是废石场堆载完成后，上游水位上升，大坝受到水压力作用，上游水位为设计高程+24.5m，下游水位为湖面自然高程+15m。分别用Bishop法、Janbu法、余推力法分析拦污坝的稳定性，不考虑地震作用产生荷载对坝体的影响。

运用上述确定的计算剖面和计算参数，分别用Bishop法、Janbu法、余推力法分析1#拦污坝的稳定性，不考虑地震作用产生荷载对坝体的影响，共进行了两个剖面两种工况条件下共44种计算方案的分析工作。

计算结果表明利用Janbu法计算得出的安全系数最小，Bishop计算得出的结果最大，根据规范要求，粗颗粒堆积的坝体在进行稳定性判断时，以余推力法为主，参考其他几种计算方法的分析结果。随着固结度的增加，坝体的安全系数也逐渐增加，根据实验结果，坝底湖泥基本达到完全固结，考虑淤泥达到固结要求，两种工况下各种计算方法计算得到的安全系数均大于1.30，坝体处于稳定状态，不会产生滑移破坏，符合坝体的长期安全要求。

拦污坝5-5剖面采取上游坝脚加宽反压平台后，使得坝体的破坏滑动面均处于下游，上游坝体安全系数得到了提高，在自然状态工况下5-5剖面的稳定计算分析安全系数略高于2-2剖面，而在受到水压力作用工况下，由于两侧水压力差，使得5-5剖面的稳定计算分析安全系数低于2-2剖面。

坝体各剖面在受到水压力作用下的安全系数大于坝体自然状态下的安全系数，且超过了1.4，处于稳定状态，不会产生滑移破坏。

拦污坝坝体筑坝完成后，如果湖底淤泥完全未固结，则坝体的安全系数很低，远远不能达到坝体稳定要求，在湖底淤泥固结达到60%以上，两种工况下坝体安全系数均达到1.0以上。

3 拦污坝破坏模式分析

利用FLAC软件对建立的模型进行数值计算与模拟分析，本次数值分析模型是在稳定性分析的剖面基础上建立的，分析拦污坝的稳定性。计算过程中，几种材料的参数取值上述稳定性分析相同。

计算结果显示，利用强度折减法计算出的安全系数与用极限平衡法算出的结果相近，具有一定的可比性。二者方法计算出的滑动面均沿坝顶产生深层滑动面，影响坝体的整体安全；强度折减法计算出的安全系数略小于极限平衡法计算出来的安全系数，强度折减法所计算出的滑动面更能接近大坝的真实滑动面，与实际大坝发生深层滑动的现场相一致。

在坝体5-5剖面附近发生的坝体两次滑移过程，系坝体在施工过程中，坝底湖泥未达到固结要求，施工过程过快，导致坝体整体安全系数未达到要求，进而坝体产生深层滑移破坏。在坝体上游侧进行了马道前侧加宽，有效地改善了坝体沿上游滑动面安全系数。