铀矿山废石场边坡稳定化设计

铀矿山废石场边坡稳定化设计

铀矿山废石场边坡稳定化设计

第24卷第3期

2005年8月

铀矿冶

URANIUMMININGANDMETALLURGY

VoI.24NO.3

Aug.2005

铀矿山废石场边坡稳定化设计

刘陶安,周星火,刘佳

(南华大学建筑工程与资源环境学院,湖南衡阳421001)

摘要:结合湖南某2个退役铀矿山废石场边坡设计实例,简要介绍了废石场治理工程中有关边坡稳定化设计

方法,加固措施,防,排洪措施等技术问题.

关键词:铀矿山废石场;边坡;稳定化

中图分类号:TU751.6文献标识码:B文章编号:1000—8063(2005)03—0149—04 前言

20世纪80年代以来,我国先后有十几个铀

矿山关停或部分关停进行退役环境治理工作.在

几十年的开采过程中,这些矿山都遗留了大量的

废石,未做最终处置.废石场的面积从几百m.

到几万m,高度由十几m到几十ITI,体积由几万

m.到上百万m..废石中含有铀,镭等放射性元

属及其它有害物质.大部分废石场的氡析出率超

过了国家管理限值,7辐射水平超过环境水平几

倍到几十倍.有的废石场由于雨水冲刷,废石流

失,造成环境污染.因此,废石场是铀矿山退役过

程中环境治理的重点.

在铀矿山退役环境治理工程中,废石场的治

理目标是降低氡析出率和7辐射水平,使其达到国家允许的管理限值,并对废石场进行适当的植被和绿化,以取得较好的环境生态效果.

废石场的治理,一般采取"围挡,覆盖"的方

法.围挡的目的是防止废石流失;覆盖的主要目的是降低氡析出率和7辐射水平.废石场覆盖材料一般采用粘土,其优点是来源广泛,价格便宜, 覆盖效果好,而且便于植被,改善景观.对于低矮平缓的废石场,覆土施工技术难度不大,但对于边坡高度超过20ITI以上的废石场,要保证废石场边坡稳定和覆盖层与废石紧密结合而不滑动,其技术难度比较大.这是因为废石场边坡不同于铁路或公路的路堤边坡或路堑边坡,它是自然堆积没有经过夯压的松散体,有的高达几十m.设计时不仅要考虑边坡本身的稳定,更要考虑覆盖层的稳定和覆土施工的方便.现结合湖南某2个铀矿山的退役环境治理工程设计,就废石场边坡稳定化设计的若干问题,谈一些认识.

1边坡稳定性分析

废石场边坡的稳定性可根据土质学和土力学

的理论来分析.

铀矿山废石场是铀矿山在开采过程中由井下

掘进或露天剥离的废石堆积而成.废石的粒度成分比较复杂,不同的岩性,不同的爆破方法有不同的粒度成分.井下掘进废石或露天剥离的表土一般以小于300mm的小块石为主,大块较少,有的以粉砂状为主,含泥.而露天剥离的废石,特别是由大爆破方式剥离的废石,块度大于350mm的

废石的质量分数达2O～35_1].在堆积过程

中,大块多在废石场底部.岩土的松散系数一般

为1.3～1.6,孔隙率大,经过多年沉积,其密实度

介于松散与稍密之间,透水性好;内聚力为零;岩

土体内只有自重应力,力学特性为各向同性;岩土

体的内摩擦角,因岩性不同,块度不同,差异性很

大,花岗岩类坚硬岩石,最大内摩擦角可达40.以

上,粘土类最小内摩擦角在20.以下,一般在28～

36.之间①.大部分废石场经雨水冲刷,废石有所

流失,边坡上都有较多的冲沟.尽管各个矿山废

石场的岩土体的土质学特性很不相同,仍可以按

收稿日期:2004一O8一l0

作者简介:刘陶安(1950一),男,湖南邵东人,研究员级高级工程师,主要从事铀矿山和水冶厂的设计和研究工作.

①化工部总图运输设计技术中心站.石油化工总图运输设计参考资料.1976.

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内聚力为零的松散介质极限理论直线滑动面法进

行边坡稳定计算.边坡稳定计算简图见图1.

B

AC

图1边坡稳定计算示意图

当边坡岩土体ABC沿倾角a的BC面下滑

时,其极限平衡条件是:

Wcosatg=Wsina,(1)

式中:w一岩土体ABC之重力;a——滑动面倾

角;一一岩土体内摩擦角.根据式(1)可知,边

坡稳定条件为tg≥tga.大于a角的部分土体

会沿a角平面下滑,直到a=.此时的边坡角即

为自然安息角.在没有外力作用时,边坡处于极

限稳定状态.

2稳定边坡设计

一

般,覆盖土在夯实前是松散的,在边坡角为

自然安息角的废石上覆盖粘土,不仅稳定性无法保证,且施工也非常困难.

在确定边坡坡度,台阶高度和平台宽度等参

数时,必须保证边坡稳定,不产生滑坡,坍塌,更不

允许产生泥石流.既要保证覆盖土与废石紧密结合,不产生滑坡;又要考虑覆土施工的方便.根据

边坡稳定分析,边坡稳定条件的设计边坡角()应

满足.

为了保证边坡的稳定,在进行边坡稳定性计

算时,应考虑一定的稳定系数(即安全系数).边

坡稳定系数的取值在边坡工程中具有重要的技术经济意义.边坡坡度每降低1.,将会增加很大的

工程量和工程费用;而提高边坡坡度则会降低边坡稳定性.香港《边坡岩土工程手册》推荐的边坡稳定系数的取值是根据防止生命损失和防止经济损失的风险来考虑的,取值范围为1.0～1.4;边

坡破坏造成生命和经济损失较小和轻微的,稳定系数取较小值,反之,取较大值_3].我国《建筑地

基基础设计规范》规定,根据滑坡对工程的影响, 边坡稳定系数为:甲级建筑物,1.25;乙级建筑物, 1.15;丙级建筑物,1.05L.废石场上部没有建(构)筑物,周围一般也没有民宅或重要建筑物,在进行废石场边坡设计时,综合考虑生命风险和经济风险,取边坡稳定系数为1.2,则设计的边坡角