葉爾江·多力達西，張 灃，王新巖

(1.新疆維吾爾族自治區(qū)阿勒泰地區(qū)應急管理局，新疆 阿勒泰 836300；2.新疆喀拉通克礦業(yè)有限責任公司，新疆 富蘊 836107；3.礦冶科技集團有限公司，北京 100160)

模袋[1]是由上、下兩層具有高強度的土工織物制作成的連續(xù)袋狀材料。模袋法堆壩[2]技術是利用模袋材料透水固砂的特性，使充灌進模袋體內(nèi)的尾礦漿在充灌壓力與模袋張力共同作用下排水固結形成模袋體，將模袋體交錯堆筑形成子壩。模袋法堆壩技術[3]可以有效解決細粒尾礦難以堆壩的問題，適用于各種復雜干灘條件，增加了尾礦庫調洪灘長，可以使壩體快速上升，滿足企業(yè)生產(chǎn)需求[4]。

云南省大平掌尾礦庫、湯丹尾礦庫、江西陽山尾礦庫、宜春鉭鈮礦二號尾礦庫均采用了模袋法堆壩技術[5]，實踐表明，該技術在施工難易程度、新增庫容、施工工期等方面具有一定優(yōu)勢。與傳統(tǒng)上游法筑壩相比，該技術具有更高的安全性[6]；與土石料筑壩相比，該技術用庫內(nèi)尾砂堆壩，具有不影響周邊環(huán)境、節(jié)約庫容、保證企業(yè)連續(xù)生產(chǎn)的優(yōu)點。模袋法堆壩技術的應用可以為企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟效益[7-8]。

本文以新疆某尾礦庫工程項目為例，介紹堆模袋法堆壩技術在該項目中的應用，為以后的類似工程提供參考和思路。

1 工程概況

某尾礦庫工程位于新疆阿勒泰地區(qū)境內(nèi)阿勒泰山南麓一開闊溝谷中，溝底平均坡降為1.5%。尾礦庫所在區(qū)域動峰值加速度為0.20 g，場地的基本地震烈度為Ⅷ度，地震動反應譜特征周期0.45 s，場地內(nèi)及周邊無全新世活動斷裂通過和大的斷裂構造。

該尾礦庫初期壩為土石壩，高18 m，頂寬4 m，下游坡比1∶2.5；尾礦庫設計總壩高28 m，總庫容為3 248.61萬m3，為四等庫。設計采用模袋法分兩級進行堆壩，每級子壩高5 m，單級子壩外坡比1∶3.5，內(nèi)坡比1∶2.0，綜合外坡比1∶4.8。模袋法堆壩典型剖面圖見圖1。

圖1 模袋法堆壩剖面圖Fig.1 Sectional view of the dam by the geofabriform method

該尾礦庫采用“斜槽+暗涵”的方式進行排洪，排洪系統(tǒng)凈斷面尺寸為1 m×1.5 m；該尾礦庫安全運行控制指標見表1。

表1 尾礦庫安全運行管理主要控制指標表

2 穩(wěn)定性分析

2.1 計算參數(shù)

計算選取尾礦庫最大壩高處作為典型計算剖面(見圖2)，分別采用簡化畢肖普法及瑞典圓弧法等對尾礦庫在正常蓄水位、校核洪水位及地震等三種工況下進行穩(wěn)定性計算分析。根據(jù)地質勘查結果尾礦庫物理力學參數(shù)見表2。

圖2 模袋法穩(wěn)定性計算典型剖面圖Fig.2 Typical cross-section diagram of stability calculation of mould bag method

表2 某尾礦庫物理力學參數(shù)表

2.2 邊界條件

該尾礦庫平均干灘坡度為1%，調洪水深為50 cm，壩體控制浸潤線最小埋深9 m。滲流計算水力邊界條件依據(jù)庫型及調洪演算結果確定，即：正常運行、設計洪水工況分別按照干灘長度150 m和100 m施加上游水頭邊界，下游壩坡采用自由出流邊界。地震工況下，峰值加速度為0.20 g，場地的基本地震烈度為Ⅷ度，地震動反應譜特征周期0.45 s。正常運行、設計洪水工況滲流計算結果分別見圖3、圖4。

圖3 正常運行工況滲流計算結果剖面圖Fig.3 Sectional view of seepage calculation results under normal operating conditions

圖4 洪水工況滲流計算結果剖面圖Fig.4 Sectional view of seepage calculation results under flood operating conditions

本次計算分別考慮從模袋壩滑動以及整體滑動的組合工況，對典型剖面進壩體滲流及靜動力作用下的壩體穩(wěn)定性進行分析。典型剖面穩(wěn)定性計算最小安全系數(shù)見表3。

表3 典型剖面穩(wěn)定性計算最小安全系數(shù)表

不同運行工況下最危險滑弧示意圖如圖5～10所示。

圖5 后期筑壩正常工況下從模袋壩滑動最危險滑弧示意圖(瑞典圓弧法)Fig.5 Schematic diagram of the most dangerous sliding arc from the form-bag dam under normal conditions in the later construction of the dam (ordinary)

圖6 后期筑壩洪水工況下從模袋壩滑動最危險滑弧示意圖(瑞典圓弧法)Fig.6 Schematic diagram of the most dangerous sliding arc from the form bag dam under flood conditions in the later dam construction (ordinary)

圖7 后期筑壩地震工況下從模袋壩滑動最危險滑弧示意圖(瑞典圓弧法)Fig.7 Schematic diagram of the most dangerous sliding arc from the bag dam under the seismic conditions of the later dam construction (ordinary)

圖8 后期筑壩正常工況下整體滑動最危險滑弧示意圖(瑞典圓弧法)Fig.8 Schematic diagram of the most dangerous slip arc of the overall sliding under normal conditions of later dam construction (ordinary)

圖9 后期筑壩洪水工況下整體滑動最危險滑弧示意圖(瑞典圓弧法)Fig.9 Schematic diagram of the most dangerous slip arc of the overall sliding under the flood conditions of the later dam construction (ordinary)

圖10 后期筑壩地震工況下整體滑動最危險滑弧示意圖(瑞典圓弧法)Fig.10 Schematic diagram of the most dangerous slip arc of the overall sliding under the seismic conditions of the later dam (ordinary)

按照《尾礦設施設計規(guī)范》(GB 50863—2013)要求，本工程算例尾礦壩穩(wěn)定計算考慮正常運行、洪水運行以及地震運行三種運行條件，本次計算分別考慮從模袋壩滑動以及從整體滑動的組合工況，對各計算斷面進行壩體滲流及靜動力作用下的壩體穩(wěn)定性分析，結果均滿足相應規(guī)范的要求。

2.3 分析結果

根據(jù)以上計算成果可得出以下結論：

1)中后期壩體控制浸潤線最小埋深9 m。

2)在初期壩上采用模袋筑壩方案是可行的，中后期模袋壩在各種工況下，壩體整體滑動以及模袋壩滑動的最小安全系數(shù)均大于規(guī)范規(guī)定值，滿足規(guī)范要求。

3)計算選取的典型剖面整體滑動工況安全系數(shù)最小，典型剖面對應的庫區(qū)位置，應重點加強日常監(jiān)測，包括浸潤線、位移等監(jiān)測，做好安全管理工作，確保尾礦壩安全。

通過簡化畢肖普法和瑞典圓弧法進行穩(wěn)定性分析可知，在不同工況下，該尾礦庫的結構穩(wěn)定性滿足相應規(guī)范的要求。

3 結論

1)本文將模袋法堆壩技術引入新疆某尾礦庫工程算例，通過物理力學參數(shù)和邊界條件的計算，對工程穩(wěn)定性進行了分析，結果表明在不同工況下，該尾礦庫的結構穩(wěn)定性均能滿足相應規(guī)范的要求。

2)本文的研究表明將模袋法堆壩技術應用于尾礦庫工程是可行的，這也為其他尾礦庫設計、加高提供了實際工程經(jīng)驗，具有一定的參考借鑒價值。