基于壩體深部雙向多點(diǎn)位移監(jiān)測(cè)的尾礦壩穩(wěn)定性分析

郭利君

（中鐵資源集團(tuán)有限公司，北京100039）

基于壩體深部雙向多點(diǎn)位移監(jiān)測(cè)的尾礦壩穩(wěn)定性分析

郭利君

（中鐵資源集團(tuán)有限公司，北京100039）

在尾礦堆積過程中，尾礦壩處在重力、外部荷載、水力滲流等多重復(fù)雜應(yīng)力環(huán)境下，壩體穩(wěn)定性受到嚴(yán)重影響，常規(guī)的監(jiān)測(cè)手段無法適應(yīng)蘭亭尾礦壩監(jiān)測(cè)區(qū)域廣、含水量高、位移變化大的特點(diǎn)?；诖?，研發(fā)了新型的“大量程-防沖擊”壩體深部雙向多點(diǎn)位移監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)尾礦堆積過程中的尾礦壩的變形進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從局部和整體對(duì)壩體的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，并提出了工程建議。

尾礦壩；設(shè)備研發(fā)；位移監(jiān)測(cè)；穩(wěn)定性分析

0 引言

尾礦庫(kù)是維持礦山進(jìn)行正常生產(chǎn)的必要設(shè)施，同時(shí)也是礦山的重大危險(xiǎn)源之一[1]，開展尾礦壩的安全監(jiān)測(cè)工作，及時(shí)對(duì)尾礦庫(kù)的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)與分析對(duì)降低尾礦庫(kù)生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)、預(yù)防事故發(fā)生具有重要意義?，F(xiàn)階段壩體安全監(jiān)測(cè)主要采用固定式鉆孔測(cè)斜儀對(duì)壩體的位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其原理是根據(jù)鉛錘在重力作用下，測(cè)斜儀測(cè)斜管軸線與鉛垂線之間的夾角改變計(jì)算鉆孔內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的水平位移。運(yùn)用測(cè)斜儀對(duì)尾礦壩的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，眾多學(xué)者開展了大量的研究工作。陳開圣[2]等介紹了測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)的原理并對(duì)其在滑坡變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行了歸納分析；康建雄[3]等介紹了尾礦庫(kù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在栗西溝尾礦庫(kù)的應(yīng)用，并與人工監(jiān)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行了分析；張曉樸[4]等基于固定式測(cè)斜儀在某尾礦庫(kù)壩體的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)壩體的穩(wěn)定性作出了評(píng)價(jià)；李凱凱[5]等針對(duì)張峰水庫(kù)初期蓄水大壩壩體滲流進(jìn)行了監(jiān)測(cè)并對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行了分析；洪振川[6]介紹了尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)在南山礦尾礦庫(kù)的應(yīng)用，并對(duì)南山礦尾礦庫(kù)的穩(wěn)定性進(jìn)行了預(yù)測(cè)。測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)法在壩體小變形、小范圍監(jiān)測(cè)中發(fā)揮了重要的作用。針對(duì)漏水量大的尾礦壩以及高陡壩體滑移面附近的大變形位移監(jiān)測(cè)往往會(huì)出現(xiàn)因測(cè)斜管被壓裂而監(jiān)測(cè)失效的弊端，因此急需研發(fā)新型監(jiān)測(cè)設(shè)備開展壩體深部大變形位移監(jiān)測(cè)，對(duì)此類尾礦壩的穩(wěn)定性作出準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)和分析。

1 工程背景

浙江漓鐵集團(tuán)為中型采選聯(lián)合企業(yè)，年生產(chǎn)能力為110萬t，年產(chǎn)尾礦約70萬t。該礦蘭亭尾礦庫(kù)距阮江選廠3 km，位于紹興市西南14 km處的狹長(zhǎng)山谷中，尾礦堆積壩原設(shè)計(jì)最終堆積標(biāo)高為150.0 m，相應(yīng)總壩高129.0 m，總庫(kù)容1 850萬m3。目前尾礦堆積壩標(biāo)高約為125.0 m，壩高約104.0 m。壩體用碎石土填筑，上游坡采用土工織物組合濾層及防滲膜進(jìn)行防滲。尾礦庫(kù)開始蓄水以后，尾礦壩隨著水位上升漏水量越來越大，為解決尾礦庫(kù)滲水問題，礦方采用“上墻下幕”相結(jié)合的綜合防滲方案。長(zhǎng)期的大容量漏水使壩體的產(chǎn)生的位移較大，壩體需要監(jiān)測(cè)的覆蓋面較廣，常規(guī)的測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)法已不能適應(yīng)蘭亭尾礦壩監(jiān)測(cè)的需要，為保障尾礦壩壩體的穩(wěn)定性，研發(fā)了新型的“大量程-防沖擊”壩體深部雙向多點(diǎn)位移監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)防滲處理后的尾礦壩的穩(wěn)定性進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并從局部和整體對(duì)壩體的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。

2 儀器研發(fā)與安裝

2.1 儀器研發(fā)

儀器采用柔性和雙向監(jiān)測(cè)的研發(fā)思路[7]，將帶有保護(hù)套鋼絲一端通過固定裝置固定到壩體深部巖體中，另一端通過箱子外壁的導(dǎo)向滑輪，由軸線小孔引入箱子，通過固定卡固定到滑動(dòng)傳感器的保護(hù)管上，由箱子另一端的導(dǎo)向滑輪引出，并由重錘豎向牽引。當(dāng)監(jiān)測(cè)壩體深部有正向或者負(fù)向相對(duì)位移時(shí)，重錘可拉動(dòng)位移傳感器在自動(dòng)伸縮軌道上滑動(dòng)，通過邊坡基座標(biāo)桿的位移即可得到邊坡深部巖體的絕對(duì)位移，并通過無線傳輸裝置實(shí)現(xiàn)邊坡深部多點(diǎn)位移的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，本儀器采用柔性牽引的思路，將傳感器布置在壩體外，因此具有大量程、防沖擊、精度高、安裝方便，可回收利用的特點(diǎn)，儀器的安裝如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)裝置示意圖

2.2 儀器安裝

壩體深部雙向多點(diǎn)位移計(jì)采用分布網(wǎng)絡(luò)測(cè)量系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化采集數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)采集模塊，自動(dòng)觀測(cè)接口錄入實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并按照采集時(shí)間順序存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。用戶可通過尾礦庫(kù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的查閱、實(shí)時(shí)顯示、繪制曲線等功能。根據(jù)壩體防滲工程的勘查結(jié)果，將1#測(cè)點(diǎn)布置在壩體滲漏較嚴(yán)重的右坡肩115平臺(tái)處，因右側(cè)壩體作了防滲處理所以在防滲墻頂部1#測(cè)點(diǎn)10 m、20 m、30 m、40 m和50 m深度分別布置5個(gè)測(cè)點(diǎn)，以此評(píng)估壩體防滲處理效果以及壩體穩(wěn)定性；壩體左側(cè)坡肩110、120平臺(tái)分別布設(shè)2#和3#測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)布設(shè)3個(gè)監(jiān)測(cè)探頭，深度分別為10、20和30 m。儀器安裝調(diào)試完成進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)之后，根據(jù)監(jiān)測(cè)需要調(diào)整實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)頻率，及時(shí)繪制壩體不同深度位移隨時(shí)間變化曲線，從局部到整體，對(duì)壩體的實(shí)時(shí)穩(wěn)定性作出評(píng)價(jià)和分析，儀器的安裝如圖2所示。

圖2 儀器安裝布設(shè)示意圖

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

根據(jù)布設(shè)的監(jiān)測(cè)裝置，每隔30 min對(duì)壩體各測(cè)點(diǎn)位移進(jìn)行1次數(shù)據(jù)采集，根據(jù)采集結(jié)果繪制各測(cè)點(diǎn)位移隨時(shí)間變化曲線，因數(shù)據(jù)眾多，將一周作為時(shí)間間隔，繪制各測(cè)點(diǎn)不同深度壩體位移隨時(shí)間變化曲線如圖3—圖5。

3.1 同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同壩體深度監(jiān)測(cè)點(diǎn)分析

由圖3壩體右側(cè)1#監(jiān)測(cè)點(diǎn)可以看出同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同深度的壩體位移呈現(xiàn)明顯的差異性，總體上壩體深部的位移要明顯小于壩體淺部位移，10 m、20 m和30 m淺部監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，30 m監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移最大，這說明壩體滑移面的深度處在壩體30 m左右，這與防滲勘測(cè)結(jié)果基本一致。壩體淺部各測(cè)點(diǎn)位移變化趨勢(shì)呈現(xiàn)出很好的一致性，這說明右側(cè)壩體在長(zhǎng)期的滲漏影響下滑移面已經(jīng)形成，淺部位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)處在壩體滑移面的外側(cè)，防滲處理后右側(cè)壩體的位移變化趨于穩(wěn)定；由圖4和圖5左側(cè)壩體2#和3#監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移曲線可以看出，壩體深部位移明顯小于壩體淺部位移，左壩2#監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移變化趨勢(shì)基本相同，隨著監(jiān)測(cè)時(shí)間的增加位移逐漸累積增加，第八周開始后壩體防滲過程中機(jī)車和工程施工影響使壩體位移呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，施工結(jié)束后壩體位移趨于穩(wěn)定；左壩3#監(jiān)測(cè)點(diǎn)深部和淺部位移呈現(xiàn)出很大的差異性，主要原因是尾礦庫(kù)也開始蓄水后，3#監(jiān)測(cè)點(diǎn)壩體含水量要明顯高于2#監(jiān)測(cè)點(diǎn)，因此壩體不同深度位移變化較大。

圖3 右壩1#測(cè)點(diǎn)位移曲線

圖4 左壩2#測(cè)點(diǎn)位移曲線

圖5 左壩3#測(cè)點(diǎn)位移曲線

3.2 不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)壩體位移分析

由3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移監(jiān)測(cè)趨勢(shì)圖可以看出，整體上右側(cè)壩體的位移要明顯大于左側(cè)壩體，這是由于右側(cè)壩體的含水量要明顯高于左側(cè)壩體，水力耦合作用下壩體的穩(wěn)定性受到很大的影響，隨著尾砂堆積不斷增高，應(yīng)加強(qiáng)壩體的防滲處理工作和防滲處理后的壩體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)；左壩2#監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壩體位移明顯小于3#監(jiān)測(cè)點(diǎn)，變化趨勢(shì)較3#監(jiān)測(cè)點(diǎn)也更趨于規(guī)律和穩(wěn)定，這是因?yàn)?#監(jiān)測(cè)點(diǎn)處在壩體的底端，壩體受較大的水力耦合作用，壩體的穩(wěn)定性較差。尾礦庫(kù)每次排尾之后壩體位移都出現(xiàn)明顯的變化最后趨于穩(wěn)定，處于穩(wěn)沉階段的壩體在重力和外部荷載的綜合作用下筑壩的土體顆粒之間需要一個(gè)重新組合及蠕變的階段，壩體位移就會(huì)呈現(xiàn)出緩慢增加、增加加快和趨于穩(wěn)定的過程，因此應(yīng)加強(qiáng)尾礦庫(kù)大容量排尾之后的穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)工作。

3.3 壩體深部雙向多點(diǎn)位移監(jiān)測(cè)裝置的評(píng)價(jià)

研發(fā)的壩體深部雙向多點(diǎn)位移監(jiān)測(cè)裝置，具有很好的防沖擊、大量程的特點(diǎn)，適應(yīng)于監(jiān)測(cè)壩體漏水嚴(yán)重、壩體位移變化較大的情況。通過壩體不同深度位移監(jiān)測(cè)，確定不同深度壩體的位移情況，可以較準(zhǔn)確的確定壩體滑移面是否形成以及滑移面的具體深度，這對(duì)于提高壩體穩(wěn)定性的控制效果具有很好的指導(dǎo)意義；壩體位移監(jiān)測(cè)過程中位移在短時(shí)間的變化值在10 mm左右，并且左壩3#測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)過程中出現(xiàn)了明顯的正向相對(duì)位移，這些情況的出現(xiàn)往往會(huì)造成常規(guī)的邊坡測(cè)斜儀保護(hù)管被壓裂而失去監(jiān)測(cè)作用，而壩體深部雙向多點(diǎn)位移監(jiān)測(cè)裝置很好的適應(yīng)了這種復(fù)雜監(jiān)測(cè)環(huán)境，因此本文研發(fā)的壩體深部雙向多點(diǎn)位移監(jiān)測(cè)裝置在復(fù)合應(yīng)力、大位移、高透水的壩體監(jiān)測(cè)中具有很好的應(yīng)用和推廣價(jià)值。

4 結(jié)論

1）研制的壩體深部雙向多點(diǎn)位移監(jiān)測(cè)裝置在復(fù)合應(yīng)力、高透水、大變形的壩體監(jiān)測(cè)中應(yīng)用效果良好，較之常規(guī)監(jiān)測(cè)工具有很好的“大量程-防沖擊”特性，結(jié)合數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)燃夹g(shù)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壩體穩(wěn)定狀態(tài)。

2）壩體穩(wěn)定性受尾礦堆積、工程施工震動(dòng)以及水力綜合作用的影響，其中水力滲流作用對(duì)壩體穩(wěn)定性的影響最為顯著，應(yīng)加強(qiáng)尾礦壩漏水量的監(jiān)測(cè)，針對(duì)特殊部位采取有效的防滲措施，并結(jié)合壩體位移監(jiān)測(cè)確保壩體的局部到整體的穩(wěn)定性。

3）通過監(jiān)測(cè)可以看出左側(cè)壩體位移變化較平穩(wěn)，壩體總體上處于穩(wěn)定狀態(tài)，而右側(cè)壩體在水力滲流的作用下滑移面已經(jīng)形成，滑移面處在壩體內(nèi)部30～40 m，壩體堆積過程中應(yīng)加強(qiáng)壩體防滲處理工作，對(duì)壩體穩(wěn)定性進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

［1］李全明，陳仙，王云海，等.基于模糊理論的尾礦庫(kù)潰壩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型研究［J］.中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2008，4（6）：57-61.

［2］陳開圣，彭小平．測(cè)斜儀在滑坡變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用［J］.巖土工程技術(shù)，2006，209（1）：39-41.

［3］康建雄，胡文根，李懷智.尾礦庫(kù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在栗西溝尾礦庫(kù)的應(yīng)用［J］.中國(guó)鉬業(yè)，2013，37（6）：23-26.

［4］張曉樸，張達(dá)，蘇軍.基于固定式測(cè)斜儀的尾礦庫(kù)壩體變形監(jiān)測(cè)［J］.有色金屬處，2012，64（5）：64-68.

［5］李凱凱.張峰水.庫(kù)初期蓄水大壩壩體滲流安全監(jiān)測(cè)分析［J］.山西水利科技，2014（4）：55-57.

［6］洪振川.尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)在南山礦尾礦庫(kù)的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代礦業(yè).2010（6）：154-158.

［7］北京科技大學(xué).一種邊坡深部位移測(cè)量裝置：CN201320676532.8［P］.2014-04-16.

【責(zé)任編輯：陳毓】

Stability analysis of tailing dam based on displacement monitoring of bi-directional multipoints in deep dam

GUO Lijun
(China Railway Resources Group Co.,Ltd.,Beijing 100039,China)

In the process of tailings accumulation,tailing dam is under the influence of gravity,external load,water leakage complex stress environment,the stability of the dam was seriously affected.Conventional monitoring methods could not adapt to the condition of widen monitoring area,high water content and large displacement.In view of this,the mine researches"wide rangeanti shock"bi-directional multipoints displacement monitoring device,and monitors the deformation of tailing dam,analyzes the stability of dam from local and overall,and presents the project proposals.

tailing dam;equipment development;displacement monitoring;stability analysis

.TD824.7+3

B

1671－9816（2017）01－0034－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.01.010

郭利君.基于壩體深部雙向多點(diǎn)位移監(jiān)測(cè)的尾礦壩穩(wěn)定性分析［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（1）：34-36.

2016-07-25

郭利君（1977—），男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，工程師，畢業(yè)于北京郵電大學(xué)，現(xiàn)主要從事礦山工程管理、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)工作。