蘭 鵬 潘詩(shī)婷 張武淵 林天翔

(南昌大學(xué)建筑工程學(xué)院,江西 南昌 330031)

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某尾礦堆積壩穩(wěn)定性分析

蘭 鵬 潘詩(shī)婷 張武淵 林天翔

(南昌大學(xué)建筑工程學(xué)院,江西 南昌 330031)

根據(jù)某尾礦堆積壩體安全鑒定的要求,使用瑞典圓弧法分析了尾礦堆積壩體的穩(wěn)定性,并對(duì)各工況下的尾礦堆積壩坡進(jìn)行了穩(wěn)定性驗(yàn)算,得出不同水位運(yùn)行下抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。

尾礦堆積壩,穩(wěn)定性,安全評(píng)價(jià),瑞典圓弧法

0 引言

國(guó)內(nèi)的礦山非常多，地表的尾礦堆積壩是礦山的危險(xiǎn)源之一，并且危害非常的大。根據(jù)最新資料統(tǒng)計(jì),我國(guó)已有1 500座尾礦堆積壩,許多尾礦堆積壩都需要進(jìn)行穩(wěn)定分析和安全評(píng)價(jià),否則尾礦堆積壩的安全問題將會(huì)影響整個(gè)地區(qū)的安定與繁榮[1]。近些年來(lái),我國(guó)發(fā)生的尾礦堆積壩事故有許多，造成人員傷亡慘重，財(cái)產(chǎn)損失數(shù)額巨大。其中就包括1985年8月25日在湖南柿竹園尾礦庫(kù)發(fā)生的尾礦堆積壩潰壩和1992年5月24日在河南灤川縣赤土店鄉(xiāng)鑰礦搶修尾礦庫(kù)排洪洞時(shí)發(fā)生大體規(guī)模坍塌的安全事故，這兩起事故造成多人死亡，財(cái)產(chǎn)損失不計(jì)其數(shù)[2]。因此對(duì)尾礦堆積壩穩(wěn)定性分析和安全評(píng)價(jià)就非常的有必要了。而大壩的穩(wěn)定分析需要數(shù)值分析提供理論依據(jù)。其中尾礦堆積壩水位的變化對(duì)大壩穩(wěn)定分析有重要的影響[3]。

研究的該壩體，初期壩為土石壩，高度為10 m，往上為尾礦堆積壩，壩體坡度為1∶5，堆積壩總高度為50 m，水位高程271.57 m。通過(guò)對(duì)該壩體的研究，可以得到該壩體在不同水位下的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。

1 尾礦堆積壩體穩(wěn)定的計(jì)算

根據(jù)有關(guān)規(guī)范[4]規(guī)定，尾礦堆積壩的初期壩與壩坡的抗滑穩(wěn)定性的分析結(jié)果，需要結(jié)合壩體材料及堆積壩基巖土的物理力學(xué)性質(zhì)，并且考慮壩體受到的各種荷載組合確定。當(dāng)需要考慮地震荷載時(shí)，應(yīng)按有關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范[5]規(guī)定進(jìn)行穩(wěn)定性分析計(jì)算。本次穩(wěn)定計(jì)算決定采用瑞典圓弧法計(jì)算。瑞典圓弧法是指假定滑動(dòng)面為圓柱面及滑動(dòng)土體為不變形的剛體，并且忽略了土條兩側(cè)面上的作用力，使未知量的個(gè)數(shù)減少，通過(guò)對(duì)土條底面法向力的平衡和滑動(dòng)土條力矩平衡求出各土條法向力Ni和穩(wěn)定安全系數(shù)K的表達(dá)式。

2 尾礦堆積壩體穩(wěn)定分析要求

本尾礦庫(kù)所在地區(qū)地震設(shè)防烈度小于6度，根據(jù)GB 50191—93構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范第23.1.4規(guī)定，6度時(shí)，尾礦堆積壩可不進(jìn)行抗震驗(yàn)算，但應(yīng)滿足該規(guī)范規(guī)定的抗震構(gòu)造和工程措施要求，本尾礦庫(kù)為三等尾礦庫(kù)，本次計(jì)算考慮按7度設(shè)防，充分考慮了地震的影響。

本次穩(wěn)定分析計(jì)算考慮了正常運(yùn)行、洪水運(yùn)行、特殊運(yùn)行三種運(yùn)行條件下的總應(yīng)力和有效應(yīng)力。不同的運(yùn)行條件有不同的荷載類別，通常將荷載類別共分為五類，一類為筑壩期正常高水位的滲透壓力；二類為壩體自重；三類為壩體及壩基中的孔隙壓力；四類為最高洪水位有可能形成的穩(wěn)定滲透壓力；五類為地震荷載。

在正常運(yùn)行條件下，總應(yīng)力分析考慮了一類和二類荷載，有效應(yīng)力分析考慮了一類、二類和三類荷載。

在洪水條件下，總應(yīng)力分析考慮了二類和四類荷載，有效應(yīng)力分析考慮了二類、三類和四類荷載。

在特殊條件下，總應(yīng)力分析考慮了二類、四類和五類荷載，有效應(yīng)力分析考慮了二類、三類、四類和五類荷載。

按瑞典圓弧法計(jì)算的三等尾礦庫(kù)壩坡穩(wěn)定最小安全系數(shù)值見表1。

表1 三等庫(kù)壩坡穩(wěn)定最小安全系數(shù)表

3 穩(wěn)定分析計(jì)算剖面

壩體穩(wěn)定計(jì)算剖面選取垂直于尾礦堆積壩軸線處壩高最大位置，相對(duì)最不利于壩體穩(wěn)定的一個(gè)典型剖面。典型斷面如圖1所示。

4 壩體穩(wěn)定分析參數(shù)

對(duì)該尾礦庫(kù)進(jìn)行分析，具體物理力學(xué)指標(biāo)見表2。穩(wěn)定性的滲流穩(wěn)定計(jì)算考慮了三種工況：

1)正常運(yùn)行：庫(kù)內(nèi)水位處于正常高水位,根據(jù)地勘提供的資料，水位高程為268.1 m；2)洪水運(yùn)行：庫(kù)內(nèi)水位處于最高洪水位，依據(jù)最小安全超高和最短干灘長(zhǎng)度綜合判斷，水位高程為270.57 m；

3)特殊運(yùn)行：庫(kù)內(nèi)水位處于最高洪水位，來(lái)源同上述，水位高程為270.57 m，并且考慮地震作用，計(jì)算考慮按7度設(shè)防。

表2 尾礦堆積壩的物理力學(xué)指標(biāo)取值表

5 壩體穩(wěn)定分析

采用尾礦庫(kù)最大橫剖面，運(yùn)用上文所確定的計(jì)算參數(shù)與運(yùn)行工況，用瑞典圓弧法計(jì)算分析尾礦庫(kù)擋水主壩下游坡的穩(wěn)定性，經(jīng)穩(wěn)定電算，壩坡抗滑安全系數(shù)見表3。

表3 壩體穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表

三種運(yùn)行工況下穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果圖如圖2～圖4所示。

通過(guò)穩(wěn)定分析計(jì)算結(jié)果表明，尾礦堆積壩壩體的穩(wěn)定安全系數(shù)在不同運(yùn)行條件下均能滿足規(guī)范要求，說(shuō)明該壩體是安全可靠的。并通過(guò)上圖分析可得該尾礦堆積壩不會(huì)發(fā)生穩(wěn)定安全事故。

[1] 曾向農(nóng),程運(yùn)材,楊海洋.尾礦壩穩(wěn)定分析中天然地震影響系數(shù)的確定及其應(yīng)用研究[J].礦冶工程,2008,28(1)：103-106.

[2] 張 會(huì).尾礦庫(kù)潰壩事故風(fēng)險(xiǎn)因素分析[J].聊城大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2014(3)：100-101.

[3] 孫 怡.某水庫(kù)壩坡抗滑穩(wěn)定性分析[J].低溫建筑技術(shù),2015,4(1)：80-82.

[4] AQ 16968—2006，尾礦庫(kù)安全技術(shù)規(guī)程[S].

[5] SL 274—2001，碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

Abstrct: According to the requirement of safety appraisal of tailings dam, the stability of tailings dam slope is analyed by software through Sweden Arc Method. The stability of the tailings dam slope under various working conditions is calculated. It is concluded that the safety factor of anti sliding stability meets the requirements of different water levels.

The stability analysis on a tailing dam

Lan Peng Pan Shiting Zhang Wuyuan Lin Tianxiang

(ArchitecturalEngineeringSchool,NanchangUniversity,Nanchang330031,China)

tailing dam， stability， safety evaluation， Sweden Arc Method

1009-6825(2017)15-0077-02

2017-03-18

蘭 鵬(1994- )，男，在讀本科生； 潘詩(shī)婷(1996- )，男，在讀本科生； 張武淵(1996- )，男，在讀本科生； 林天翔(1996- )，男，在讀本科生

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