李增

【摘要】目前，我國礦產(chǎn)資源豐富，各類礦產(chǎn)資源是國家與社會發(fā)展和進(jìn)步的重要保障力量。從目前的情況來看，有關(guān)學(xué)者和工作人員對尾礦潰壩的情況有了高度的重視，并且從尾礦壩壩體失穩(wěn)以及泥石流兩個角度進(jìn)行深入探究。本文對尾礦庫壩體失穩(wěn)的原因和機(jī)理進(jìn)行了分析和探究，并計算出相應(yīng)的模型。當(dāng)前，尾礦壩失穩(wěn)的計算模型通常集中在尾礦壩靜力抗滑穩(wěn)定以及在發(fā)生地震之時尾礦砂發(fā)生的液化。另外，本文對尾礦壩失穩(wěn)之后產(chǎn)生泥石流的流變模型和物理性質(zhì)進(jìn)行了計算。

【關(guān)鍵詞】尾礦；潰壩；泥石流；壩體失穩(wěn)

我國國土遼闊，礦產(chǎn)資源豐富，各類尾礦的年排放總量超過三億，除了極小的一部分被用作礦山的填充和綜合利用之外，很大一部分的尾礦通過筑庫壩的形式來進(jìn)行儲存，所以尾礦是礦山整體當(dāng)中極為重要的組成部分之一。經(jīng)過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，世界上不同種類的尾礦已經(jīng)超過2萬座，我國占半數(shù)以上，超過1.2萬座，在這其中有很大一部分是病庫和危庫，很容易發(fā)生重大安全事故。近年來，相關(guān)管理單位對礦山尾礦壩體的管理工作有了高度的重視，本文對尾礦庫潰壩的原因進(jìn)行綜合的分析和描述，并有針對性的提出相應(yīng)的改進(jìn)和控制措施。

1、尾礦壩壩體失穩(wěn)分析

1.1滲流場直接誘發(fā)尾礦壩失穩(wěn)

滲流場主要存在于透水性壩體，會對壩體造成極大的破壞，所以很容易出現(xiàn)壩體失穩(wěn)的情況，通常情況下，滲流場的浸潤線直接關(guān)系到尾礦庫的堅實(shí)程度。確定滲流場是對尾礦庫壩進(jìn)行深入研究的必要前提。通常情況下，尾礦庫所在地的地形比較復(fù)雜，很難對其邊界條件進(jìn)行準(zhǔn)確的說明，進(jìn)而難以精確的確定滲流場的位置。一般情況下，確定滲流場都是通過模型試驗(yàn)的方式來完成。如果尾礦庫浸潤線埋深不夠，會導(dǎo)致滲透水溢出，從而對尾礦壩的穩(wěn)定性造成影響。尾礦壩長期處在滲透水的作用下，壩體結(jié)構(gòu)當(dāng)中的空隙逐漸增大，使壩體整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度降低，從而發(fā)生液化最終造成潰壩。

1.2.尾礦壩壩基失穩(wěn)造成潰壩

壩體失穩(wěn)也是導(dǎo)致尾礦壩出現(xiàn)潰壩的重要因素之一?？梢酝ㄟ^強(qiáng)度折減法以及極限平衡法來對尾礦庫破壞的機(jī)理進(jìn)行解釋。到目前為止，極限平衡法已經(jīng)相對成熟，通過這種方法能夠有效的對尾礦壩靜力處于穩(wěn)定狀態(tài)之下的不同等級進(jìn)行分析，從而計算出尾礦壩在此狀態(tài)下的安全系數(shù)。利用強(qiáng)度折減法能夠?qū)Π踩禂?shù)進(jìn)行確定，無需對滑移面的形狀和初始滑移面的位置進(jìn)行考慮。如果結(jié)合流固耦合，則不用在計算之前對尾礦壩浸潤線的位置進(jìn)行確定，計算方式更為便捷。但是，目前還沒有建立完善的強(qiáng)度折減過程中失穩(wěn)判斷的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，同時也沒有對此種方法所計算的安全系數(shù)限值進(jìn)行規(guī)定，所以使此種方法在實(shí)際應(yīng)用過程當(dāng)中受到了一定的限制。

1.3洪水漫頂導(dǎo)致尾礦壩失穩(wěn)

如果尾礦壩所在地區(qū)發(fā)生洪水，并且壩體的防洪和泄洪能力不足，會導(dǎo)致洪水的水位迅速上升，加以尾礦壩自身不具有較高的透水性，在很短的時間之內(nèi)浸潤面不會發(fā)生很大的變化，多余的水量無法正常排出，從而很容易導(dǎo)致洪水漫過壩體頂部，最終造成潰壩的危險。有關(guān)專家通過人工降雨試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，坡體在降雨的過程當(dāng)中，雨水會深入到土體，從而使土體中的顆粒發(fā)生遷移，進(jìn)而改變了土體的微結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致堵塞區(qū)的形成，另外，也會使土體之間的空隙壓力增大，抗剪力降低，在降雨過程當(dāng)中，雨水會對土體造成一定程度的激振力，使表層的土體液化，最終使壩體的強(qiáng)度受到影響，增加了潰壩的危險。

2、尾礦庫潰壩泥石流分析

2.1尾礦庫潰壩泥石流物理力學(xué)特性

泥石流的類型直接關(guān)系著泥石流的演進(jìn)特性，利用泥石流理論對尾礦壩潰壩后所產(chǎn)生的泥石流演進(jìn)規(guī)律進(jìn)行分析，先對潰壩后泥石流的類型進(jìn)行劃分。泥石流最為重要的物理力學(xué)特征是具有流變性，例如砂礫或者是石塊的濃度、粘度、石塊的體積和外形以及水的濃度等因素都會對流變特性造成不同的影響。到目前為止，有關(guān)專家對為了對泥石流進(jìn)行研究，逐漸建立了諸多泥石流的流變模型，其中典型的有：雙線性流變模型、賓漢流變模型以及牛頓流變模型等。泥石流的極限剪應(yīng)力和粘度是泥石流兩個非常重要的物理力學(xué)參數(shù)，早年間，愛因斯坦曾提出極稀泥石流的相對粘度計算公式，還有專家通過對大量資料的分析和總結(jié)，發(fā)現(xiàn)了稀性泥石流的相對粘度計算公式。

2.2尾礦庫潰壩泥石流的演進(jìn)

截止至現(xiàn)在，對于尾礦庫潰壩泥石流演進(jìn)的研究方式主要有：經(jīng)驗(yàn)公式法、數(shù)值模擬以及模型實(shí)驗(yàn)法。就經(jīng)驗(yàn)公式法而言，主要是借助水庫潰壩后所產(chǎn)生泥石流的演進(jìn)而形成；數(shù)值模擬法則是在經(jīng)驗(yàn)公式法的計算公式當(dāng)中，把地形和泥石流的參數(shù)進(jìn)行簡化，從而生成新的綜合系數(shù)。通常情況下，需要對曼寧公式當(dāng)中的粗糙系數(shù)和修正系數(shù)進(jìn)行確定；模型試驗(yàn)法借鑒了某尾礦壩漫頂潰壩的過程，對洪水漫頂過程當(dāng)中尾礦壩的沖擊和腐蝕效果以及壩體的失穩(wěn)過程進(jìn)行分析，得出了壩體在潰壩過程當(dāng)中的特征時間點(diǎn)，總結(jié)出不同坡比的壩體在潰壩模式當(dāng)中存在的不同點(diǎn)。

結(jié)束語：

前文對尾礦庫壩體潰壩進(jìn)行了闡述，分別從壩體的失穩(wěn)性以及泥石流進(jìn)行了分析。造成尾礦庫壩體潰壩的原因比較復(fù)雜，壩體的強(qiáng)度受到諸多因素的影響，需要通過大量的模型試驗(yàn)和計算來進(jìn)行探索。在對潰壩進(jìn)行分析之時，需要借助大量的潰壩模型來進(jìn)行推演，從而能夠找出對壩體強(qiáng)度的影響因素。到目前為止，對于尾礦庫壩體的計算模型依然不夠全面，還需要結(jié)合很多學(xué)科的知識完成進(jìn)一步的研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]高振興，朱顯鴿.尾礦庫安全問題研究綜述[J].楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2013，（3）：4-6.

[2]張力霆.尾礦庫潰壩研究綜述[J].水利學(xué)報，2013，（5）：594-600.