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        關(guān)于降雨量對排土場邊坡滲流及穩(wěn)定性的影響探討

        2019-05-27 11:45:36
        世界有色金屬 2019年5期
        關(guān)鍵詞:礦山

        田 陽

        (長春黃金設(shè)計院有限公司,吉林 長春 130000)

        在近幾十年中,礦山的開發(fā)規(guī)模以及開采速度在不斷的加大加快,導(dǎo)致礦山的排土場容量不斷增大,為了節(jié)約土地,減少占地和投資,排土場內(nèi)廢棄物的堆積高度也在增加。在暴雨季節(jié),伴隨著降雨量的不斷增加,會極大的改變礦山排土場邊坡內(nèi)部的滲流。在這種情況下,極易引發(fā)礦山排土場的邊坡失穩(wěn),造成滑坡以及泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。所以,深入的研究降雨量對礦山排土場邊坡的滲流以及穩(wěn)定性的影響具有非常重大的意義,本文主要以貴州省某金屬礦山為例從以下四點簡單分析探討相關(guān)內(nèi)容。

        1 排土場工程的地質(zhì)、條件

        排土場屬于丘陵地貌,具有侵蝕性,排土場的地形為:兩條溝谷,呈南北走向,溝谷的上游比較狹窄,因此溝谷形態(tài)是V型,主溝下游則是兩條山溝的聚集處,比較開闊,長度大約為1000m,寬度是450m。排土場廠區(qū)周圍的邊坡坡度是20°~30°,綠色植被發(fā)育較好。

        通過分析排土場工程的設(shè)計資料、地質(zhì)勘探報告和現(xiàn)場工程測繪調(diào)查看出,該排土場場地的巖土層,從上到下依次為:廢土石~耕植土~中風(fēng)化粉砂巖。根據(jù)地下水水利特征和賦存的條件,可以對排土場地下水進(jìn)行分類,大體上劃分成基巖中裂隙潛水、第四系松散層孔隙潛水。其中,裂隙潛水主要是賦予在風(fēng)化的基巖中,而孔隙潛水則賦予在沖洪積層內(nèi)。

        2 礦山排土場工程邊坡的穩(wěn)定性分析

        2.1 建立飽和以及非飽和的滲流理論控制微分方程

        在暴雨季節(jié)降雨條件之下,對于礦山排土場的邊坡滲流的穩(wěn)定性進(jìn)行分析,實際上也是飽和與非飽和的非穩(wěn)定性的滲流分析,參照具體的定義以及相關(guān)的質(zhì)量守恒定律,我們可以得出以下積分方程:

        在控制偏微分的方程當(dāng)中,Ril代表的是在介質(zhì)飽和的狀態(tài)下滲透張量,kr(h)p則代表的是介質(zhì)相對滲透的具體系數(shù),飽和的內(nèi)值為1,如果處于非飽和的狀態(tài)下,則是在0~1之間。

        2.2 確立降雨的界限

        本文對于排土場的瞬間滲透進(jìn)行詳細(xì)的研究分析,在分析的過程中進(jìn)行了以下假設(shè):

        第一:如果礦山的排土場邊坡表面接受了一定的降水量,那么需要以降雨入滲當(dāng)作邊界;但是對于降雨量的邊界來說,降雨的強度應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于排土場內(nèi)土體的入滲能力,需要限定的邊界是降雨強度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于排土場內(nèi)土體的入滲能力;在這時,如果假設(shè)超滲水出現(xiàn)徑流以后需要進(jìn)行快速的泄水,保證排土場內(nèi)無積水,則需要水龍值大于地表的高度。

        第二:以降水的飽和區(qū)作為邊界,可以根據(jù)傳統(tǒng)的地下水位值來確定。

        第三:如果在礦山排土場內(nèi)僅僅以水平的滲透為主,那么就不會出現(xiàn)不透水的邊界。

        目前,為了更好的研究礦山排土場的總降水量相等的條件下,不同降雨類型的安全值的變化,我們可以參照下文中的數(shù)據(jù)結(jié)論來構(gòu)造出簡單的降雨模型。降雨雨型如下圖所示。

        現(xiàn)階段,本文以四種不同的降雨類型舉例說明,總的降水量是200mm,I雨型和II型雨型屬于恒定降雨強度,在這其中,I雨型連續(xù)4d的降雨強度平均每日是50mm,隨后4d沒有降雨。II雨型的一天降雨強度是200mm,隨后4d沒有降雨,不過,II雨型存在著大暴雨現(xiàn)象。III雨型和IV雨型屬于遞增、遞減的雨型,III雨型在第48h的情況下,降雨強度達(dá)到了200mm/d,隨后4d沒有降雨。IV初降雨的時候便達(dá)到了降雨強度的頂峰,然后在第48h的時候便開始遞減,一直到雨停,再在停雨4d,對于上述4種類型的降雨雨型來講,通常都是在降雨停止之后停雨4d,進(jìn)而研究滲流的特征和穩(wěn)定性。

        圖1 降雨雨型

        2.3 計算參數(shù)的確定

        邊坡模型特征和滲透系數(shù)曲。在礦山的邊坡模型當(dāng)中,對于粉質(zhì)黏土、廢石土來說都屬于非飽和土層,其中,粉質(zhì)黏土的土體滲透系數(shù)參數(shù)主要可以通過試驗得到。對于廢土石的特征曲線來說,可以通過原有的工程材料可以獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

        3 不同降雨條件下排土場穩(wěn)定性研究

        在礦產(chǎn)資源初期開發(fā)階段,需要修建工業(yè)場地、道路等礦山附屬建筑,將開采過程中排棄的廢石、廢土等堆積在礦山周圍。基于廢棄渣料堆積高度的增加,或者在外來因素的影響下,廢石渣原有堆積高度的穩(wěn)定狀態(tài)可能會打破,若遇到外來水動力的激發(fā),如強度較大的降雨、水庫的潰壩等,則極容易發(fā)生礦山泥石流。目前,對于排土場自然狀態(tài)下邊坡穩(wěn)定性石流的研究已取得較多成果。在本文中,主要分析了不同降雨條件下排土場的穩(wěn)定性。

        4 針對不同的降雨類型進(jìn)行排土場的穩(wěn)定性研究

        4.1 排土場失穩(wěn)的模式

        (1)在巖土基底下臥層的整體滑動,主要是因為所堆置的臺階數(shù)量增加以及滯水的影響所導(dǎo)致的,因此,這次整體的滑動排土場失穩(wěn)的模式對于排土場來說危害是比較大的;但是所產(chǎn)生的危害發(fā)生的頻率比較低。所以,不需要進(jìn)行考慮。

        (2)對于整體上的圓弧滑動來說,主要在發(fā)生在廢石土的內(nèi)部。在排土場內(nèi),這種滑動失穩(wěn)模式發(fā)生的概率也比較小,所以,不在考慮范圍以內(nèi)。

        (3)由于所堆積的臺階相對來說比較陡,所以在一定情況下,是極易發(fā)生不同平臺邊坡以及局部區(qū)域進(jìn)行滑動,在礦山的排土場內(nèi),相比較其他整體滑動類型來說,這種滑動所造成的破壞比較大。所以,在這篇文章當(dāng)中對其進(jìn)行了詳細(xì)的研究分析,經(jīng)過對排土場內(nèi)的各個邊坡進(jìn)行穩(wěn)定時程的計算,獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

        4.2 綜合性分析

        如果發(fā)生降雨的現(xiàn)象,在排土場內(nèi)所集中的水流也可以快速的將水流排泄到最低的臺階,并且不易被再次排泄,從而形成積水。除此之外,另外兩個臺階是因為自身高程的問題。從上文論述中我們可以看出,如果再將565m平臺堆積,那么排土場的穩(wěn)定性極易被破壞。在相同的降雨量下,如果在短期內(nèi)產(chǎn)生較大的暴雨,會極大的影響礦山排土場的穩(wěn)定性,主要是由于礦山排土場滲透系數(shù)突然增大所致。另外,當(dāng)降雨的強度變小時,入滲的能力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于降雨強度的,所以降水會直接深入排土場內(nèi)部,從而引起地下水位上升或者通過地表徑流直接排泄,因此,只有遇到降雨量比較大的暴雨時,才會對于排土場的穩(wěn)定性造成一定的危害。

        5 分析降雨條件下排土場邊坡滲流

        由于礦山排土場的邊坡滲透系數(shù)比較大,同時雨水進(jìn)行入滲的方法又比較多,在這種條件下,如果持續(xù)進(jìn)行降雨,不同臺階的表面土體的孔隙水的壓力都在減小。在8小時以后,我們可以在排土場的邊坡可以觀察出,可以看出,已經(jīng)出現(xiàn)了負(fù)孔隙水壓力。在16個小時以后,在不同臺階的轉(zhuǎn)折處,可以發(fā)現(xiàn)孔隙水的壓力值恢復(fù)到正常,形成飽和區(qū)。造成這種情況的主要原因是由于轉(zhuǎn)折處的積水作用,使得大量的雨水在轉(zhuǎn)折處匯流。如果在粉質(zhì)黏土處產(chǎn)生滯水,極易影響排土場的穩(wěn)定性。

        6 結(jié)語

        總的來說,降雨量的增加在很大程度上會直接影響到排土場的邊坡穩(wěn)定性,同時,也會直接影響到排土場的內(nèi)部滲流,從而直接破壞以及降低邊坡上的阻力值,進(jìn)而直接引發(fā)滑坡以及泥石流。

        如果能夠?qū)涤甑膹姸纫约斑吰碌姆€(wěn)定性進(jìn)行研究分析,就可以及時的采取相關(guān)措施進(jìn)行防治,從而保障人民群眾的財產(chǎn)安全以及礦山的生產(chǎn)運營穩(wěn)定。

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