某尾矿坝不同库水位对浸润线影响的研究

摘  要：采用快速拉格朗日分析法FLAC软件模拟了坝体标高334m时在低水位、正常水位、洪水位运行工况下的渗流场变化规律，得出了尾矿坝不同库水位对浸润线影响的规律。

关键词：尾矿坝;快速拉格朗日分析;渗流场;浸润线

尾矿库（坝）是矿山重要的生产设施，也是重要的危险源，国内外尾矿库的重大事故时有发生，对下游居民的生命财产造成严重威胁，也将给企业带来不可估量的损失，在社会上造成极坏的影响^[1-3]，做好尾矿坝的安全管理工作，提高坝体稳定性尤为重要。在库水位一定时，坝体横剖面上稳定渗流的自由水面线（或渗流顶面线）叫浸润线，它是影响尾矿坝坝体安全稳定性的一个重要因素，是控制着尾矿坝正常运营的生命线^[4]。提高排水口的排泄能力，可以有效降低尾矿库库内水位高程和增大库内水边线与坝顶之间的相对距离，这样可以达到降低坝体浸润线，但是在暴雨期，大的径流流入时，控制尾矿库库内水对地下水位的影响是很难做到的，本文主要利用快速拉格朗日分析（FLAC）軟件通过对地下水渗流场的计算，模拟出尾矿坝地下水的变化情况，这样将有助于尾矿库的安全生产与管理。

一 基本假定

根据某尾矿坝的场地条件及筑坝的特点，对尾矿坝渗流场的计算分析作以下假定：

1、为了能更好地反映坝体的整体稳定性，计算中将部分薄层透镜体与周围土层进行了适当的合并，所以，对某尾矿坝的土层划分为基岩、初期坝、子坝、尾粉细砂、尾粉土、粘土;

2、某尾矿坝土层中的地下水渗流运动的规律符合达西定律。

二 网格划分和边界条件

（一）网格划分

根据尾矿坝现状的几何形状和尺寸，对某尾矿坝进行了有限差分网格划分及监测点分布见图1。

（二）边界条件

某尾矿坝渗流场计算模型的左右边界以尾矿坝上下限为界，底部向下取到260m高程，底部边界在x和y方向的运动固定，左右边界在x方向的运动固定，右边界和底部基岩按照不透水考虑。

三 计算工况

本次计算主要考虑低水位（60m）、正常水位（65m，即安全超高10m）、洪水位（74.3m，即安全超高0.7m）三种工况。

四 计算结果

从某尾矿坝不同库水位的孔隙水压力变化云图来看：不同的库水位主要影响尾矿坝上游部分的孔隙水压力的变化，随着库水位的降低，尾矿坝上游部分的孔隙水压力也跟着降低。根据有效应力原理可以知道，孔隙水压力减小（降低），有效应力就增大，而有效应力增大有利于提高尾矿材料的抗剪强度，从而有利于尾矿坝坝体的稳定性。而对尾矿坝中下游部分来说，水位的高低对孔隙水压力的变化影响不大。不同库水位导致孔隙水压力的变化，从而也使饱和区与非饱和区的分布发生了变化。

随着库水位的降低，坝体上游部分的饱和区范围减小，非饱和区范围增大，非饱和区的增大有利于坝体的稳定;而对尾矿坝中下游部分来说，水位的高低对饱和区与非饱和区的变化影响不大。

由于饱和区与非饱和区的分界线为潜水自由水面，而潜水自由水面与坝体横剖面的相交线为坝体浸润线，所以进而得出不同库水位与浸润线的关系，即随着库水位的降低，坝体上游部分的浸润线位置也降低，浸润线越低对坝体稳定性越好。

五 结语

为确保尾矿库的安全稳定运营，那么进行预测尾矿库渗流场的变化规律是非常重要的。通过进行数值模拟可以预测到尾矿库渗流场的变化规律，为防止尾矿坝产生渗流变形和坝面溢出提供依据，为工程设计和管理运营提供依据。根据数值模拟计算可以得到以下结论：

（一）尾矿坝在各种工况下的浸润线位置按由高到低排列为洪水位、正常水位、低水位，说明降低库水位有利于降低浸润线的位置。

（二）降低库水位对于尾矿坝上游浸润线位置的降低有效果，但对中下游浸润线的位置却影响不大，这是由于中下游浸润线除了受到库水位的影响外，还与土层分界有关，如果只改变库水位，而不改变土的分层界限，那么中下游浸润线的位置改变就不明显了。

（三）为了提高坝体的稳定性，建议在尾矿坝日常管理过程中注意控制尾矿库的水位，保证尾水回收利用下，合理安排排水设施，尽量降低库水位，提高坝体的稳定性，保障尾矿库（坝）的安全稳定运营。

参考文献

[1]  徐宏达.我国尾矿库病害事故统计分析[J].工业建筑， 2001，31 （1）：69-71

[2]  胡明鉴，陈守义.郭爱国等.某上游法尾矿坝抗滑稳定性浅[J].岩土力学，2003，32（2）44—46.

[3]  魏勇，许开立，郑欣.浅析国内外尾矿坝事故及原因[J].金属矿山，2009，397（7）：139-142

[4]  卫修保等 尾矿工[M].北京市：气象出版社，2002，【ISBN号】7-5029-3381-6

[5]  何仕朝.某尾矿坝渗流计算及地震动力响应分析[D].长安大学2013

作者简介：何仕朝， 男， 广西南宁， 1986年10月，硕士，助教，研究方向：工程造价，建筑施工。