鄒建偉

（長春黃金設(shè)計(jì)院有限公司，吉林 長春 130012）

尾礦指的是在礦山開采過程中，將有用的礦物進(jìn)行分選，所剩余的其他廢棄礦山以及殘余礦渣的存儲(chǔ)場所。而尾礦壩是攔擋尾礦和水的尾礦庫外圍構(gòu)筑物。通常指初期壩和尾礦堆積的總體，是一種極其特殊的構(gòu)筑物，與此同時(shí)也是尾礦庫中極其重要的組成部分。在當(dāng)前階段，大多數(shù)的礦產(chǎn)開采企業(yè)為了就近使用礦產(chǎn)資源，大部分的尾礦壩體自身的粘性都比較低或者無粘性。在這種情況下易于尾礦固結(jié)，有利于壩體穩(wěn)定[1]。尾礦區(qū)域中所長期堆放的礦渣主要指的是沒有經(jīng)過風(fēng)化以及礦渣變質(zhì)作用的細(xì)顆粒，并且這種顆粒自身的塑形極低，在外部的荷載作用下會(huì)產(chǎn)生液化現(xiàn)象。我們國家是礦產(chǎn)資源的使用大國，但是由于我們國家的礦山企業(yè)在有段時(shí)間內(nèi)企業(yè)的數(shù)量急劇的增加，伴隨著我國礦產(chǎn)開采步伐的降低，企業(yè)的尾礦數(shù)量也在不斷的縮減，但依據(jù)有關(guān)的統(tǒng)計(jì)報(bào)告顯示，我們國家現(xiàn)在所存在的尾礦庫仍接近1萬座。由于尾礦庫一般屬于重大危險(xiǎn)源。因此在當(dāng)前階段，深入研究多種工況下的尾礦壩穩(wěn)定性具有十分重大的意義。

1 多種工況下尾礦壩穩(wěn)定性影響因素的主要影響

1.1 壩體材料對(duì)于尾礦壩穩(wěn)定性造成的影響

尾礦壩自身材料應(yīng)有的物理學(xué)性質(zhì)對(duì)尾礦壩自身的穩(wěn)定性造成一定的影響，因?yàn)槲驳V壩自身材料性質(zhì)的不同，尾礦壩自身的抗滑穩(wěn)定性也各不相同。比如，在尾礦壩的初期階段，一般會(huì)采用堆石壩、風(fēng)化料、土壩。

1.2 尾礦堆積壩的下游坡比對(duì)于尾礦壩體穩(wěn)定性所造成的主要影響

礦壩的坡度直接影響尾礦壩自身的穩(wěn)定性，從而在一定程度上影響會(huì)直接尾礦壩的受力形態(tài)。我們可以深入研究細(xì)粒尾礦壩安全穩(wěn)定性以餓及影響因素，經(jīng)過詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)可以得出，尾礦壩的坡度每增加10°，尾礦壩體的承載力減少到原來的五分之一到分之一。通過實(shí)驗(yàn)可以表明，尾礦壩體所堆積的高度和大小會(huì)直接影響到尾礦壩體材料掉落的位置。

1.3 尾礦壩壩高對(duì)于尾礦壩體穩(wěn)定性的主要影響

伴隨著尾礦壩的日益增長的排放量，在當(dāng)前階段，尾礦庫的堆放高度越來越高，隨著高度尾礦壩體自身的抗滑穩(wěn)定性系數(shù)也在逐漸的降低，但是總的降低趨勢(shì)在呈現(xiàn)出放緩的趨勢(shì)，并且增幅也在不斷的降低[2]。

1.4 其他影響尾礦壩體的影響因素

影響尾礦壩體自身穩(wěn)定性的主要因素有很多，比如浸潤線的埋深也是影響尾礦壩體穩(wěn)定性的主要因素之一。如果浸潤線的埋深比較高，那么庫區(qū)的干灘長度會(huì)大大的縮短，尾礦壩體內(nèi)的孔隙水的壓力也會(huì)逐漸的上升，對(duì)于尾礦壩體來說，也非常難固結(jié)，從而一定程度上降低了尾礦壩體的自身的穩(wěn)定性。除此之外，一些自然環(huán)境的變化，例如地震以及強(qiáng)降雨等等也會(huì)直接影響尾礦壩的地質(zhì)，從而直接影響尾礦壩體的穩(wěn)定性，并且，這也是尾礦事故頻發(fā)的主要事故原因。

2 工程的實(shí)際案例

2.1 工程的具體情況

在這篇文章當(dāng)中，主要以我國河北省的某一處尾礦庫區(qū)進(jìn)行詳細(xì)研究分析。河北省得某尾礦庫區(qū)主要呈現(xiàn)出V字形狀，并且位置處于山澗溝谷之中，屬于山谷類型的尾礦庫區(qū)。在通常情況下，如果遇到這種類型的尾礦庫區(qū)，一般會(huì)在上游構(gòu)筑尾礦壩。如果尾礦壩所在的庫區(qū)屬于低山的丘陵地區(qū)，并且屬于溝谷地形，地表的基層巖石為風(fēng)化頁巖，庫區(qū)所處的位置常年沒有大面積積水，庫區(qū)周圍逐漸的由山地過度到平原地形，同時(shí)，在庫區(qū)的下游地區(qū)都有一些小型村落。

由于所處的尾礦庫區(qū)總的壩體高度為48m，并且尾礦堆積壩的下游平均坡度比為1：3，尾礦壩初期的壩體材料為粉質(zhì)粘土，壩頂部寬度為4m，總的壩體高度為28.3m，并且尾礦初期壩的上下游歐比為1：3，總的尾礦壩長度為506m。在正常的工況下，干灘的平均長度為290m。如果尾礦壩處于汛期，則壩體的干灘總長度會(huì)有一定程度上的縮減。

2.2 多種工況的詳細(xì)計(jì)算

在文章當(dāng)中，詳細(xì)分析了不同條件下尾礦自身的穩(wěn)定性以及尾礦壩的具體高度對(duì)尾礦穩(wěn)定性的具體影響?；趲追N不同的工況下對(duì)于尾礦壩體的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究計(jì)算。工況一：主要對(duì)于干燥的自然環(huán)境下尾礦穩(wěn)定性進(jìn)行研究分析。其二：在相同的坡度比值下，高度增加20m，研究尾礦壩體穩(wěn)定性的變化。其三：在尾礦壩體相同的條件之下，如果改變壩體的坡度的比值來深入研究壩體對(duì)于穩(wěn)定性的具體影響。其四：當(dāng)尾礦壩體處于飽水的狀態(tài)下，可以用來研究尾礦渣不同的狀態(tài)下，對(duì)于尾礦壩體穩(wěn)定性的影響。

在本次的研究中，采用虛擬建模的形式進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算以及研究。研究的主要模型選用的是尾礦壩體的主要斷面。在對(duì)于尾礦壩的斷面進(jìn)行深入的研究分析時(shí)，可以進(jìn)行網(wǎng)格剖分的方式，同時(shí)兼顧到尾礦壩體不同地段壩體的變化，在不同類型的單元接觸面以及不同形狀變化比較大的地區(qū)以及最危險(xiǎn)的滑動(dòng)面進(jìn)行網(wǎng)格剖分，并且需要嚴(yán)格的遵循平穩(wěn)過度的原則。在監(jiān)理網(wǎng)格時(shí)，需要按照壩體材料的不同進(jìn)行分組，具體為基巖、堆石體以及粘土壩、尾粉砂這幾種類型，通過這種方式可以便于賦予壩體材料的具體參數(shù)。

除此之外，還需要根據(jù)尾礦壩體材料自身的物理性質(zhì)，可以將其作為連續(xù)的彈塑性的介質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)的研究分析。具體的壩體材料參數(shù)如下表所示。

表1 物理學(xué)性質(zhì)參數(shù)

3 計(jì)算結(jié)果以及詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析

在一般的自然條件之下，尾礦壩整體的受力狀態(tài)相對(duì)來說比較的均勻。在最開始的初期階段，尾礦壩的內(nèi)坡與基層巖石的交匯處所分布的應(yīng)力相對(duì)集中，在這種情況下，尾礦壩體所處的位置地形起伏的變化會(huì)比較大，并且在這個(gè)地方網(wǎng)格的劃分會(huì)比較的密集。還可以看出位移的最大的峰值一般會(huì)發(fā)生在初期壩體的排水處。與此同時(shí)，壩體的滑移面在初期底部的滑移面一直到尾礦壩的頂部，整個(gè)滑移面呈現(xiàn)出圓弧裝。當(dāng)增加20m的高度時(shí)，尾礦壩體的整體受力情況與工況的情況基本一致，在一些特殊的位置，例如基層巖石的交匯處會(huì)出現(xiàn)一些張拉以及剪切力的破壞位置。從整體的形勢(shì)下來看，如果破壞的區(qū)的影響相對(duì)較小，沒有形成貫穿的破壞力。在改變尾礦坡度比值以后，尾礦壩體不會(huì)發(fā)生太大的改變，并且其他的位置也并沒有出現(xiàn)應(yīng)力集中的情況。如果尾礦壩的滑動(dòng)面沒有發(fā)生任何的改變，則尾礦壩的位移位置則由初期的位置逐漸的向堆積壩進(jìn)行發(fā)展，則主要的破壞力面在尾礦壩的底部逐漸的向坡頂發(fā)展，從而可以形成圓弧形的破壞區(qū)域面，但是因?yàn)槲驳V壩的坡度在不斷變陡，從而所形成的壩體滑移面的位置相對(duì)較淺。礦渣在飽水狀態(tài)下的黏聚力以及摩擦角的變化對(duì)于壩體抗剪力強(qiáng)度的影響下，壩體自身的位移會(huì)逐漸的增大。加高尾礦壩庫的高度，其尾礦壩體的坡度也會(huì)隨之而發(fā)生改變，從而也會(huì)直接影響尾礦壩體的自身穩(wěn)定性。然而，壩體高度卻對(duì)于壩體穩(wěn)定性的影響相對(duì)較小，如果尾礦的坡度發(fā)生變化，則對(duì)于尾礦壩穩(wěn)定性的影響最大。相比較傳統(tǒng)的壩體狀態(tài)，如果礦渣處于飽水的狀態(tài)下，因?yàn)榈V渣在水狀態(tài)下自身的容量會(huì)有所增加，所以，尾礦壩體的黏聚力以及摩擦角度也會(huì)隨之發(fā)生改變，尾礦壩體的穩(wěn)定性也會(huì)隨之發(fā)生改變，由于處于飽水狀態(tài)下，壩體的整體穩(wěn)定性會(huì)變差。通過《尾礦庫安全設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》可以得出，在正常情況下，尾礦壩體主要滑穩(wěn)定性的安全系數(shù)不應(yīng)該小于1.2，在汛期季節(jié)，尾礦壩體處于洪水期時(shí)，尾礦壩體自身的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不應(yīng)該小于1.1、所以，根據(jù)預(yù)算結(jié)果可以看出，研究的尾礦壩體在不同的情況下都屬于安全狀態(tài)。

4 結(jié)語

在文章當(dāng)中，主要采取強(qiáng)度折減法對(duì)于多種工況狀態(tài)下的尾礦壩穩(wěn)定性進(jìn)行研究分析，并且建立相應(yīng)的研究模型，通過詳細(xì)的研究結(jié)果表明，其一，無論是在自然狀態(tài)下還是處于飽和水的狀態(tài)下，尾礦壩都相當(dāng)來說比較穩(wěn)定，并且安全系數(shù)特相對(duì)較高，潛在的位移安全風(fēng)險(xiǎn)主要由初期尾礦壩進(jìn)行承受，特別實(shí)在排水棱體存在很大位移量的時(shí)候。在這種情況下，建議在排水棱的地方進(jìn)行強(qiáng)化加固處理，通過這種方式，可以保證尾礦壩的穩(wěn)定性。其二，在對(duì)于尾礦壩的穩(wěn)定性進(jìn)行研究的過程中，無論是增高還是降低尾礦壩的比值都會(huì)直接影響尾礦壩自身的穩(wěn)定性，然而如果是僅僅增加壩的高度。對(duì)于尾礦壩自身穩(wěn)定性影響相對(duì)較小，相對(duì)來說，尾礦壩的坡度比值則更為敏感。其三，通過詳細(xì)的研究分析可以得出，在自然條件下以及飽和水的狀態(tài)下，通過詳細(xì)的研究可以計(jì)算出安全系數(shù)為1.68以及1.44，在兩種不同的工況條件下，安全系數(shù)不同，并且有多降低。在尾礦壩處于飽和水狀態(tài)下，礦渣更容易發(fā)生壩體穩(wěn)定性破壞。