程嚴(yán)玲
(新疆國安建設(shè)安全評價(jià)中心(有限公司)烏魯木齊 830000)
某金礦選礦廠于2005 年建設(shè),2006 年投產(chǎn),規(guī)模為450t/d,目前擴(kuò)建后規(guī)模為900t/d,產(chǎn)生尾礦量20 萬t/a。現(xiàn)有尾礦庫2005 年由S 設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì),初期壩高14.5m,庫容12.15 萬m3,服務(wù)年限為1.18 年,尾礦堆積壩總高34.5m,壩頂標(biāo)高674.0m,總庫容141.4萬m3,服務(wù)年限10.18 年。尾礦庫建成投入運(yùn)行至今,排放的尾礦約111.5 萬m3。初期壩標(biāo)高654.0m,頂寬6m,壩高14.5m。堆積壩頂為671.0m,堆積外坡比約為1:4.0。尾礦設(shè)施比較齊全,運(yùn)行中按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了放礦、尾礦堆壩,設(shè)置排滲層、排滲管,操作規(guī)范,管理良好。
工程區(qū)出露地層下—中泥盆統(tǒng)托克薩雷組(D1-2t):主要巖性為片理化泥質(zhì)粉砂巖、千枚巖、石英雜砂巖夾灰?guī)r,凝灰?guī)r等。②層角礫,黃褐色,中密,稍濕,層厚1.4~17.0m,顆粒成次棱角狀,母巖成分為砂巖,粉土細(xì)砂充填強(qiáng)風(fēng)化層厚3~5m,顆粒的最大粒徑100mm,一般粒徑5~20mm,滲透系數(shù)1.0×10-1cm/s,重型動力觸探錘擊數(shù)修正值4.8~27.8 擊。承載力特征值250kPa。③層強(qiáng)風(fēng)化砂巖,黃褐色,埋深1.4~17.0m,層厚5.0~12.0m,碎屑結(jié)構(gòu),節(jié)理發(fā)育,厚層狀構(gòu)造,礦物成分主要為石英、長石,硅質(zhì)膠結(jié),膠結(jié)致密,重型動力觸探錘擊數(shù)修正值6.8~28.6擊。承載力特征值350kPa。④層中風(fēng)化砂巖,黃褐色,埋深8.0~16.0m,未揭穿,揭露厚度3.0~5.0m。塊狀結(jié)構(gòu),厚層狀構(gòu)造,礦物成分主要為石英、長石,硅質(zhì)膠結(jié),膠結(jié)致密。單軸飽和抗壓強(qiáng)度8.44~56.00Mpa承載力特征值500kPa。
區(qū)域位于阿勒泰山脈西段南麓與額爾齊斯河谷平原過渡地帶,沖乎盆地西緣。海拔577-803m,相對高差10-120m,屬低山丘陵地貌。地形切割很弱,北東——南西向水系相對較發(fā)育,多為干谷,僅有喀臘蘇和布哈依塔勒德兩條溪流。前者為季節(jié)性流水,后者為常年流水,自北東向南西流貫全區(qū),注入也勒克巴依戈壁消失。當(dāng)?shù)爻涤?、融雪時(shí)有短暫地表徑流外,無常年地表水。場地凍土層厚度為1.8m。地下水埋藏深,基礎(chǔ)埋深范圍內(nèi)無地下水,可不考慮地下水對工程的影響。場地土對混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性,對鋼混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性,對鋼結(jié)構(gòu)具微腐蝕性。根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2001),工程區(qū)震動峰值加速度為0.15g,基本地震烈度為7 度,反應(yīng)譜特征周期0.40s,設(shè)計(jì)地震分組為第二組,場地類別為Ⅱ類,屬于抗震一般地段。
初期壩:壩體結(jié)構(gòu)為碾壓式土石壩,頂寬6m,最大高度6.8m,內(nèi)坡坡比1:1.75,外坡坡比1:2。筑壩材料采用庫區(qū)內(nèi)土石風(fēng)化料或采場剝離廢石筑壩,逐層碾壓,每層上料厚度300~600mm。壩體填筑料采用削坡料及庫區(qū)內(nèi)開采的土石料混合而成,角礫(滲透系數(shù)k=1.2×10-2cm/s,承載力特征值fak=200Kpa,動力觸探錘擊數(shù)N63.5=8.8 擊,粘聚力C=5.0Kpa,內(nèi)摩擦角φ=34.5°,不均勻系數(shù)Cu=34.8,曲率系數(shù)Cc=0.315,有效粒徑d10=0.20mm),黃褐色,中密,稍濕,顆粒成次棱角狀,母巖成分為砂巖,粉土細(xì)砂充填,強(qiáng)風(fēng)化層厚3~5m,顆粒的最大粒徑100mm,一般粒徑5~20mm,滲透系數(shù)1.2×10-1cm/s,重型動力觸探錘擊數(shù)修正值3.9~12.5 擊。承載力特征值200kPa。工程質(zhì)量評價(jià):勘察期間尾礦壩現(xiàn)狀壩體完好,無不均勻沉降及滲漏現(xiàn)象;壩體碎石滲透系數(shù)1.2×10-1cm/s,具中等透水性,符合要求;壩殼料內(nèi)摩擦角34.5°;壩體土巖性為碎石,級配不良,透水性好,粒徑<5mm顆粒含量23.8%~26.3%,<30%,壩體土屬不液化土。
堆積壩:尾礦堆積標(biāo)高為671.0m,堆積外坡比為1:4.0。尾礦砂室內(nèi)定名為細(xì)砂,青灰色、稍密~中密,濕~飽和,其主要成分為礦粉堆積物,顆粒的最大粒徑2.5mm,一般粒徑0.25~0.075mm,滲透系數(shù)6.97×10-5cm/s~4.28×10-4cm/s,標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊8.0~21.0擊,承載力特征值120kPa。壩基巖土性質(zhì):本次勘察在9 個(gè)鉆孔中對第②層天然角礫及第③層強(qiáng)風(fēng)化砂巖進(jìn)行了9.9m重型動力觸探試驗(yàn)?,F(xiàn)場重型動力觸探試驗(yàn)錘擊數(shù)詳見附表“重型動力觸探試驗(yàn)成果表1。根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2011),結(jié)合現(xiàn)場原位測試及地區(qū)建筑經(jīng)驗(yàn)綜合確定:第②層角礫地基土承載力特征值250kPa,變形模量為28.6MPa;第③層強(qiáng)風(fēng)化砂巖地基土承載力特征值350kPa,變形模量為38.4MPa;第④層中風(fēng)化砂巖地基土承載力特征值500kPa,地基土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)及承載力特征值見下表2。
表1 重型動力觸探試驗(yàn)成果表
表2 壩基土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)及承載力特征值一覽表
該尾礦庫勘察前沒有浸潤線觀測資料。據(jù)本次勘察ZK10、ZK13、ZK14和ZK15的水位情況來看,浸潤線埋深在18~21m左右,基本位于溝底。但為從安全考慮,本次穩(wěn)定性分析尾礦壩浸潤線采用洪水工況下8m,正常工況下10m來計(jì)算,以便為后續(xù)尾礦壩體進(jìn)行擴(kuò)容加高提供參考。
本次計(jì)算的壩體各層物理力學(xué)參數(shù)按照本次工勘結(jié)果取值,計(jì)算中采用的指標(biāo)見下表:
表3 尾礦壩各土層物理力學(xué)信息表
(1)各工況計(jì)算簡況
表4 各工況計(jì)算簡況表
表續(xù)
(2)計(jì)算結(jié)果
表5 壩體穩(wěn)定計(jì)算匯總表
由于本次工勘勘探結(jié)果表明,尾砂內(nèi)水位很低,埋深接近20m,根據(jù)相關(guān)規(guī)范可知,尾砂不會液化。但從安全角度考慮,本次壩體穩(wěn)定性分析正常工況下浸潤線埋深為10m,因此,下面將驗(yàn)算尾砂內(nèi)水位在壩面10m 時(shí),尾砂是否液化。根據(jù)工勘實(shí)測的標(biāo)貫擊數(shù),判斷是按實(shí)測的標(biāo)貫擊數(shù)(N)與臨界標(biāo)貫擊數(shù)(Ncr)比較,若N>Ncr則不會液化,若N<Ncr則將液化。臨界標(biāo)貫擊數(shù)(Ncr)計(jì)算按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011-2010)的以下公式:
(式中:N0-基準(zhǔn)值,當(dāng)設(shè)計(jì)地震加速度為0.15g 時(shí)N0=10;β-地震分組的影響系數(shù);第二組為0.95;ds-標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)深度(m);dw-地下水位(m);p-粘粒含量百分率,當(dāng)小于3時(shí)取3,判別土類均小于3。)實(shí)測的標(biāo)貫擊數(shù)N、ds、dw依據(jù)《A 礦庫改擴(kuò)建工程勘察報(bào)告》,工程勘察從現(xiàn)狀沉積灘面到初期壩頂選取ZK13、ZK15兩個(gè)孔號對現(xiàn)狀濕排尾礦砂進(jìn)行了20點(diǎn)次標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn),以工勘標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)為依據(jù)判別地震液化結(jié)果,其中以孔號ZK13為例進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果見下表。
通過標(biāo)貫擊數(shù)對尾礦庫堆積壩發(fā)生液化可能的判斷是:當(dāng)7 度地震出現(xiàn)時(shí),同時(shí)當(dāng)壩體內(nèi)浸潤線上升至10m 時(shí),孔號ZK13、和ZK15 的勘探孔14m 以下的尾砂才會發(fā)生輕微地震液化。實(shí)際上,本次工勘勘探的尾砂水位遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于本次計(jì)算的情況,而且尾礦經(jīng)過技改擴(kuò)建后,采用干堆工藝筑壩,庫內(nèi)無水排入,浸潤線埋深是進(jìn)一步降低的,因此,本次壩體穩(wěn)定性分析認(rèn)為,該庫在技改擴(kuò)建后可不考慮地震液化的影響。
表6 單孔地震液化判別表
按照科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、客觀、公正的原則,本著對工作高度負(fù)責(zé)的精神,依據(jù)國家及地方政府的相關(guān)法律法規(guī)、規(guī)范規(guī)程的要求,根據(jù)某礦尾礦庫巖土工程勘察報(bào)告的勘察數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場踏勘、與企業(yè)溝通的情況,本次現(xiàn)狀壩體穩(wěn)定性分析認(rèn)為某礦尾礦庫現(xiàn)狀尾礦壩體穩(wěn)定性系數(shù)滿足規(guī)范要求。