王 晗 許成承 劉小文

(南昌大學(xué)建筑工程學(xué)院，江西 南昌 330031)

尾礦堆積壩穩(wěn)定性影響因素耦合分析

王 晗 許成承 劉小文

(南昌大學(xué)建筑工程學(xué)院，江西 南昌 330031)

綜合考慮不同因素對(duì)壩體安全系數(shù)的影響，將數(shù)據(jù)擬合成曲線圖的方法，對(duì)典型尾礦堆積壩模型進(jìn)行了分析。達(dá)到了堆積壩穩(wěn)定性受壩坡、壩高、干灘長(zhǎng)度、壩體材料及滲流等因素影響較大的效果。

極限平衡方法，穩(wěn)定性，尾礦壩

1 概述

伴隨我國(guó)采礦業(yè)的快速發(fā)展，有大量的尾礦需要排放堆存形成尾礦庫(kù)，面對(duì)我國(guó)近1 500余座尾礦庫(kù)，如果尾礦庫(kù)的主要構(gòu)筑物——尾礦壩一旦潰壩將造成巨大傷亡和財(cái)產(chǎn)損失[1]，對(duì)社會(huì)造成極壞影響。因此，加強(qiáng)尾礦庫(kù)的安全管理工作，顯得尤為重要。陳忠等人[2]提出FTA方法在尾礦壩穩(wěn)定性上的應(yīng)用；王健等人[3]分析了坡度對(duì)安全系數(shù)的影響；代仲海等人[4]進(jìn)行了尾礦壩的三維靜力穩(wěn)定性分析。但是尾礦壩特別是尾礦堆積壩穩(wěn)定性與很多因素有關(guān)，如地基情況、組成尾礦壩的材料性質(zhì)、壩內(nèi)浸潤(rùn)線埋深、尾礦壩外坡比、干灘長(zhǎng)度等[5,6]。如單從一因素分析的穩(wěn)定性往往不夠全面，造成其他因素的忽略[7]。本文通過主要因素的耦合分析，綜合計(jì)算和對(duì)比各因素對(duì)穩(wěn)定性的影響，結(jié)果更加合理，與實(shí)際相吻合，以供參考。

2 典型尾礦堆積壩穩(wěn)定性計(jì)算及分析

某一尾礦堆積壩，初期壩為均質(zhì)壩，設(shè)有排水棱體，棱體高3 m，均質(zhì)壩其內(nèi)外坡比分別為1∶2.0和1∶2.5，壩高10 m。設(shè)計(jì)干灘坡比1%，長(zhǎng)100 m。為了考慮不同因素對(duì)堆積壩穩(wěn)定性影響，本文對(duì)壩高、尾礦堆積壩外坡比、堆積尾礦性質(zhì)、干灘長(zhǎng)度四個(gè)主要因素進(jìn)行分析。

堆積壩體按均質(zhì)考慮，尾砂材料分別取尾粘土、尾粉質(zhì)粘土、尾粉土、尾粉砂、尾細(xì)砂及尾中砂六種；壩高度取90 m,70 m,50 m及30 m四種；堆積外坡比取1∶5,1∶4.5,1∶4,1∶3.5,1∶3及1∶2.5六種；對(duì)干灘長(zhǎng)度也取不同，選取50 m,100 m,150 m及200 m干灘長(zhǎng)度進(jìn)行分析，共對(duì)288種情況進(jìn)行了穩(wěn)定性分析[8]。選取地震烈度小于6級(jí)，不考慮動(dòng)荷載穩(wěn)定計(jì)算，只從靜荷載方面計(jì)算。基礎(chǔ)模型如圖1所示。

2.1 尾砂特性

在穩(wěn)定性分析中，尾砂分別取尾粘土、尾粉質(zhì)粘土、尾粉土、尾粉砂、尾細(xì)砂及尾中砂進(jìn)行分析。各種材料參數(shù)參考《選礦廠尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》選取。

材料計(jì)算參數(shù)如表1所示。

表1 尾砂特性

2.2 穩(wěn)定性分析結(jié)果

根據(jù)邊坡計(jì)算軟件，選取以上工況，得出了尾礦庫(kù)穩(wěn)定安全系數(shù)與壩坡、壩高、干灘長(zhǎng)度以及尾砂類型之間的關(guān)系曲線，根據(jù)這些計(jì)算數(shù)據(jù)和曲線，可以得出以下結(jié)果。圖2中1～6分別指尾粘土、尾粉質(zhì)粘土、尾粉土、尾粉砂、尾細(xì)砂及尾中砂。

2.2.1 壩坡與安全系數(shù)

圖2表示的是安全系數(shù)與壩坡的關(guān)系，分別對(duì)應(yīng)30 m,50 m,70 m,90 m壩高的情況。計(jì)算的干灘長(zhǎng)度均為100 m?？梢钥闯?，在壩高一定條件下，下游壩坡越緩，安全系數(shù)越高。當(dāng)壩坡坡比大于1∶3.5時(shí)，對(duì)粒徑較粗的尾中砂、尾細(xì)砂及尾粉砂，減小坡比對(duì)穩(wěn)定性提高較快；但當(dāng)壩坡緩于1∶3.5時(shí)，坡度再變緩對(duì)穩(wěn)定性影響不明顯。

2.2.2 壩高與安全系數(shù)

圖3為壩坡1∶3,1∶4和1∶5的情況下安全系數(shù)與壩高的關(guān)系曲線，計(jì)算的干灘長(zhǎng)度均為100 m。可以看出，隨著筑壩高度的增加其穩(wěn)定性也越差。

2.2.3 干灘長(zhǎng)度與安全系數(shù)

圖4為尾粉質(zhì)粘土、坡度為1∶4情況下的安全系數(shù)與干灘長(zhǎng)度關(guān)系，隨著干灘長(zhǎng)度的增加，其安全系數(shù)均增加。

3 結(jié)語(yǔ)

1)壩坡對(duì)穩(wěn)定性的影響是：下游坡越平緩，安全系數(shù)越高；對(duì)細(xì)粒土，坡比和安全系數(shù)呈近似的線性關(guān)系，但幅度小于砂土；粘土類尾礦壩，壩坡改變對(duì)穩(wěn)定性的影響有限。

2)筑壩高度的增加，降低了壩體的穩(wěn)定性；砂類尾礦堆積壩在壩高方面影響要遠(yuǎn)小于尾粉土、尾粉質(zhì)粘土以及尾粘土；在30 m～50 m壩高范圍內(nèi)，影響幅度要遠(yuǎn)超過50 m以上壩高。

3)干灘長(zhǎng)度的增加，提高了壩體安全系數(shù)。壩體浸潤(rùn)線高度隨干灘長(zhǎng)度增加而降低，且壩體上部變化明顯，原因是初期壩透水性更大。

[1] 徐宏達(dá).我國(guó)尾礦庫(kù)病害事故統(tǒng)計(jì)分析[J].工業(yè)建筑,2001,1(31):69-71.

[2] 陳 忠.FTA在尾礦庫(kù)潰壩事故分析中的應(yīng)用[J].有色金屬科學(xué)與工程,2010,10(1):62-66.

[3] 尹筱琴,王 健.某尾礦庫(kù)潰壩處理及穩(wěn)定性分析[J].湖南有色金屬,2010(6):4-6.

[4] 代仲海.某尾礦壩三維靜力穩(wěn)定性評(píng)價(jià)分析[J].水資源與水工程學(xué)報(bào),2010,10(5):166-168.

[5] 胡明鑒.某上游法尾礦壩抗滑穩(wěn)定性淺析[J].巖土力學(xué)，2003,32(2)：44-46.

[6] 魏作安.探討尾礦庫(kù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中存在的問題[J].有色金屬(礦山部分),2002(4):44-45.

[7] 騰志國(guó).關(guān)于尾礦壩地震穩(wěn)定性的分析及評(píng)價(jià)[J].河北冶金,2003(1):16-17.

[8] 許成承.尾礦堆積壩穩(wěn)定性及潰壩砂流的數(shù)值模擬研究[D].南昌:南昌大學(xué)碩士學(xué)位論文，2010.

Tailings dam stability influencing factors

Wang Han Xu Chengcheng Liu Xiaowen

(NanchangUniversitySchoolofCivilEngineeringandArchitecture,Nanchang330031，China)

Put forward the method to consider the different factors impact on dam safety factor, and make the data fit the curve, with typical tailings dam model analysis. It shows that the stability affected by the dam slope, height, the length of the dry beach, dam material and seepage, and other factors change.

limit equilibrium methods, stability, tailings dams

1009-6825(2017)20-0096-02

2017-05-06

王 晗(1997- )，女，在讀本科生； 許成承(1985- )，男,碩士; 劉小文(1968- )，男，教授

TU413.62

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