尾矿库坝体稳定性计算及评价

尾矿库坝体稳定性计算及评价
【摘要】准确评价尾矿坝的稳定是防范发生溃坝灾害事故的重要保证。

目前，我国在尾矿库坝体稳定性研究方面取得了一定进步，但与欧美发达国家相比还有一定差距。

本文结合具体尾矿库坝体实例，综合采用各方法对坝体进行了稳定性计算，最后对计算结果进行了评价，提出了行之有效地防治灾害措施。

【关键词】坝体稳定性；计算；干滩长度；评价
尾矿库是专门用于存储尾矿的堆存系统，一般在山谷口部或洼地的周围筑坝而成，是一个具有高势能的人造泥石流危险源，存在溃坝危险，一旦失稳，容易造成重特大事故。

随着矿山事业的不断发展，尾矿库的数量呈上升趋势，尾矿库数量的增长和规模的扩大使得尾矿库的安全形势愈来愈严峻。

准确评价尾矿坝的稳定与否是防止尾矿库失稳溃坝、威胁人民生命财产安全的前提，并为尾矿库灾害防治提供依据。

下面，就结合具体实例，对尾矿库坝体稳定性进行计算，并对坝体安全性进行评价。

1.尾矿库概况
该尾矿库是某矿山企业唯一堆存尾矿的场地，位于该企业选矿厂的东南方，距选矿厂约7.5km，三面靠山，一面筑坝，属山谷型尾矿库。

参照《尾矿库安全技术规程（aq2006—2005）》的规定，该库属二等尾矿库。

1.1地质概况
该尾矿库所在地区地形北高南低，沟谷发育，山坡陡峭，坡度一
般在35°～40°。

库区范围内地表水系呈网状分布，地下水受大气降水直接补给，补给区与迳流区基本一致。

区内地貌条件不利于地下水的富集，主要含水层为石灰岩含水层，且岩层含水率偏低，水文地质条件简单；岩层发育有复杂构造，断层多，节理分布广，岩石十分破碎，属中等—复杂类型的工程地质条件。

该库区无滑坡、泥石流、管涌等不良地质现象，岸坡稳定，水土保持较好。

1.2尾矿库坝体结构
1.2.1初期坝
该尾矿库初期坝建在板岩地基上，为堆石透水坝；坝高40.5m，坝顶宽4.0m，坝顶长115m，坝底宽157.50m，下游坡比1∶2.0，上游坡比1∶1.7；宽2.0m的马道设在下游1156.5m标高处，上游有0.7～1.0m厚的砂石反滤层。

1.2.2后期堆积坝
后期堆积坝是各类尾砂构成，采用上游法堆筑工艺，分期逐级堆筑子坝，并在坝顶设尾矿排放管进行分散放矿，尾矿分级沉积形成沉积滩。

后期堆积坝每期高度3.0m，台阶宽度8.0～11.0m，顶宽3.5m，用推土机、装载机装运沉积滩的尾矿堆筑子坝。

2.堆积尾矿的工程特性
由于后期尾矿堆积坝是用推土机或人工将滩面尾矿堆筑而成，因此坝前部位沉积规律性较差，但总体来看仍趋于坝前粗、库区逐渐变细规律，垂直方向上也具有上粗下细的规律。

按颗粒组成，尾矿可分为尾细砂、尾粉砂、尾中砂、尾亚砂、尾轻亚黏土等。

由于尾
矿是以尾矿浆的形式排放到尾矿库内，因此尾矿浆有分选现象呈现在滩面，即尾矿浆从支管流出经过一个陡坡和消能坑；这一段叫作消能段。

沉砂质大部分在这里沉积，属于粗化过程，然后由于排矿“漫流”现象和重力分选作用，流速各不相同，细化、粗化、挟砂等运动发生，因此呈现从放矿口至库内的尾矿粒径由大变小，且在干滩面250m内尾矿粒径较大，但以尾中砂为主，向滩内颗粒逐渐变细。

另外，堆积尾矿由东向西整体上有西粗东细的特征；这是由于分段交替放矿所致。

3.稳定性计算及结果分析
3.1计算模型及参数选取
3.1.1计算模型的选取
该尾矿库为山谷型，坝轴线只有150m，随着尾矿库坝体的逐渐堆高，轴线也会增加，但由于山谷两边山坡坡度大，横剖面为“v”字型，总体而言，坝轴线不能增加太长。

计算选择的主剖面坝址处标高1135.5m，坝顶标高1300m，库内水位标高1290m，尾矿库沉积滩分别按700m和150m进行计算。

计算采用stab2005二维分析软件。

3.1.2计算参数的选取
在上游式尾矿库坝体稳定计算分析时，坝体各种材料的物理力学参数是基础性数据，因此选取合理的计算参数至关重要。

根据中国地震区划分，该尾矿库属于地震活动强烈的华北地震区汾渭地震带，地震基本烈度为7度。

尾矿物理力学指标按照工程地质资料提
供的参数进行计算。

由于该尾矿库初期坝坝体是透水堆石坝，因此按照类似坝体选取参数。

各物理力学指标取值：容重为21.0g/cm3，内摩擦角为38°，内聚力为0。

采用的计算参数见表1。

表1坝体稳定计算参数
3.2坝体稳定性计算
1）按照库内沉积滩长度700m、浸润线最高处距离坝面6m，分别进行计算无地震和地震烈度为7度影响两种情况，计算结果见表2。

stab2005软件计算示意图见图1。

3.3安全性评价
1）通过计算可得，各种方法的安全系数均大于1.25，满足《尾矿库安全技术规程（aq2006—2005）》中的最小安全系数要求。

计算剖面图显示最危险滑面从初期坝体坝顶穿过，主要是由于堆积尾矿形成的坝体坡度较缓，稳定性较好；当初期坝高度（hc）一定时，堆积坝高度（hd）越高，稳定性就会降低。

根据上游式筑坝规律，当hd/hc在2～8时，坝体一般能够满足防洪及相应规范的安全要求。

2）通过稳定性分析，当浸润线超过6.0m时，坝体在动力状态下不能满足规范要求，坝体稳定状态较差，因此为了增大安全储备，提高尾矿堆积坝稳定性，必须加强排渗，降低坝体浸润线高度（应将坝体浸润线控制在6.0m以下）。

3）在最危险圆弧面搜索时发现，在同样条件下，滑弧深度增加，其安全系数减小。

4）要保证坝体安全系数满足规范要求，必须保证坝体排渗设施安全有效运行，及时降低坝体浸润线高度。

如果排水设施失效，将导致初期坝附近孔压增大，坝体安全系数降低。

因此，控制坝体浸润线高度，保证排洪系统和排渗设施运行正常，对尾矿坝稳定性非常重要。

5）由于尾矿具有易于液化的特性，在上游法尾矿库内沉积滩水边线附近区域最易液化，其次是在初期坝附近。

干滩长度对尾矿坝地震液化稳定性有很大影响，干滩长度越长，液化区越小，稳定性越高。

因此，上游法尾矿库必须保证足够的干滩长度以及排渗设施的有效运行。

4.结论
该尾矿坝在正常工况下运行时基本能满足规范规定的要求。

各方法计算得到的安全系数均大于1.25。

但是，当浸润线超过6.0m时，坝体在动力状态下不能满足规范要求，因此为了增大安全储备，提高坝体稳定性，必须加强排渗，降低坝体浸润线高度。

参考文献：
[1] 范林森.尾矿库坝体的稳定性评价[j].山西煤炭，2010年11期
[2] 梁力；李明；王伟；陈宝智.尾矿库坝体稳定性数值分析方法[j].中国安全生产科学技术，2007年第5期。