庫(kù)內(nèi)降雨下的尾礦庫(kù)壩體浸潤(rùn)線變化規(guī)律研究

唐永俊++葉光鳳

摘要： 通過庫(kù)內(nèi)模擬降雨條件下的堆壩模型實(shí)驗(yàn)，研究了在庫(kù)內(nèi)降雨條件下壩體的浸潤(rùn)線變化規(guī)律，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：庫(kù)內(nèi)水位的變化對(duì)浸潤(rùn)線的影響比較明顯，壩體整體的浸潤(rùn)線高度隨著庫(kù)內(nèi)水位的上升而不斷上升；浸潤(rùn)線高度變化存在滯后于水位高度的現(xiàn)象，干灘面遠(yuǎn)端和干灘面中部處的浸潤(rùn)線高度變化滯后于水位高度不是太明顯，在干灘面近端和壩體外坡處的浸潤(rùn)線高度滯后于庫(kù)內(nèi)水位高度比較明顯，當(dāng)庫(kù)內(nèi)水流滲流至干灘面近端和壩體外坡時(shí)，滯后現(xiàn)象逐漸消失，浸潤(rùn)線上升速率和水位上升速率基本一致。

Abstract： The model experiment of heap dam under the condition of rainfall in the reservoir is carried out. The results show that， the influence of the water level changes on the infiltration line is obvious， and the height of the whole dam infiltration line increases with the rise of the water level in the reservoir. The height of the infiltration line is lagging behind the height of the water level， and the height of the infiltration line at the far end of the dry beach and the middle of the dry beach is lagging behind the height of the water level are not obvious. The infiltration line near the dry beach and the out slope of the dam lagging behind water height in the reservoir is more obvious. When the reservoir water seepage to the near dry beach and the out slope of the dam， the hysteresis phenomenon gradually disappeared， the rate of rise of the infiltration line and water level rise rate are basically the same.

關(guān)鍵詞： 尾礦庫(kù)；模型試驗(yàn)；浸潤(rùn)線；滯后

Key words： tailings dam；model test；infiltration line；lag behind

中圖分類號(hào)：TV649 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）08-0170-02

0 引言

尾礦庫(kù)是指筑壩攔截谷口或圍地構(gòu)成的，用以堆存金屬或非金屬礦山進(jìn)行礦石選別后排出尾礦或其他工業(yè)廢渣的場(chǎng)所。尾礦庫(kù)是一個(gè)具有高勢(shì)能的人造泥石流危險(xiǎn)源[1]，存在潰壩危險(xiǎn)，一旦失事，容易造成重特大事故。對(duì)于尾礦庫(kù)的安全穩(wěn)定而言，浸潤(rùn)線被稱為尾礦壩的生命線，了解浸潤(rùn)線的變化規(guī)律對(duì)尾礦壩的安全至關(guān)重要，研究浸潤(rùn)線的變化特性也將對(duì)尾礦庫(kù)的預(yù)警和安全評(píng)價(jià)等具有重要的意義。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

浸潤(rùn)線的變化對(duì)于庫(kù)區(qū)水位變化的響應(yīng)是最敏感的[2]，浸潤(rùn)線每升高10%，壩體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)減少約0.02[3]。因此，本文通過尾礦庫(kù)堆壩模型試驗(yàn)，進(jìn)行降雨模擬實(shí)驗(yàn)，測(cè)量降雨過程中壩體的浸潤(rùn)線值，分析在降雨條件下，庫(kù)內(nèi)水位不斷變化時(shí)壩體的浸潤(rùn)線變化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)假設(shè)當(dāng)遇到百年一遇的強(qiáng)降雨時(shí)，因尾礦庫(kù)排洪設(shè)施出現(xiàn)問題不能正常排洪而導(dǎo)致庫(kù)內(nèi)水位在庫(kù)內(nèi)不斷聚集，導(dǎo)致水位不斷上升。在本次實(shí)驗(yàn)中，沿壩體軸線中部布置4根浸潤(rùn)線測(cè)管，分別為J1、J2、J3和J4，J1位于干灘面遠(yuǎn)端，J2位于干灘面中部，J3位于干灘面近端，J4位于壩體外坡，其中J1、J2、J3和J4距離為0.6m，0.6m，0.6m和0.5m，壩體浸潤(rùn)線布置如圖1所示。

2 壩體的浸潤(rùn)線變化規(guī)律及分析

在降雨過程中，每隔10min測(cè)一次庫(kù)內(nèi)水位高度和浸潤(rùn)線高度，浸潤(rùn)線與水位高度隨降雨的時(shí)間變化如圖2～5所示。

從圖2～5中可以看出，庫(kù)內(nèi)水位隨著降雨時(shí)間的增加在不斷增加，這主要是因?yàn)槲驳V庫(kù)的排洪設(shè)施出現(xiàn)問題，導(dǎo)致不能正常的將庫(kù)內(nèi)水排出到庫(kù)外而不斷在庫(kù)內(nèi)積聚而引起庫(kù)內(nèi)水位不斷上升。在上圖中，J1（干灘面遠(yuǎn)端）、J2（干灘面中部）、J3（干灘面近端）和J4（壩體外坡）處的浸潤(rùn)線測(cè)管水位都隨著庫(kù)內(nèi)水位的上升而逐漸抬高，說明庫(kù)內(nèi)水位的變化對(duì)浸潤(rùn)線的變化影響比較明顯。在降雨初期，干灘面遠(yuǎn)端、干灘面中部、干灘面近端和壩體外坡處的浸潤(rùn)線測(cè)管水位值分別為6.1cm、2.5cm、0cm、0cm。隨著降雨的持續(xù)，干灘面遠(yuǎn)端和干灘面中部處的浸潤(rùn)線受水位上升的影響比較明顯，并且干灘面遠(yuǎn)端處浸潤(rùn)線上升速率幾乎和水位上升速率基本一致。這主要是由于在放礦試驗(yàn)完成后并立即進(jìn)行了降雨模擬實(shí)驗(yàn)，堆積壩內(nèi)的尾礦砂含水率還比較高，外加降雨過程中，在干灘面上的水流除了不斷匯流至庫(kù)內(nèi)外，還有一部分降雨直接從干灘面表層尾礦砂慢慢入滲至深部尾砂中，并且越接近庫(kù)尾，入滲的水流也越多。因此導(dǎo)致了在干灘面遠(yuǎn)端和干灘面中部處的尾礦砂飽和程度較高，故在降雨初期，浸潤(rùn)線向干灘面遠(yuǎn)端和干灘面中部處的浸潤(rùn)推進(jìn)速度很快，干灘面遠(yuǎn)端和干灘面中部處的浸潤(rùn)線高度并未出現(xiàn)明顯的滯后于水位高度的現(xiàn)象。由于庫(kù)內(nèi)水流滲透到干灘面近端和壩體外坡需要一段時(shí)間，因此干灘面近端和壩體外坡處的浸潤(rùn)線測(cè)管高度并未因庫(kù)內(nèi)水位的上升而出現(xiàn)明顯變化，而是出現(xiàn)了滯后于庫(kù)內(nèi)水位高度的現(xiàn)象，并且壩體外坡處浸潤(rùn)線滯后現(xiàn)象比干灘面近端更加明顯。當(dāng)庫(kù)內(nèi)水流滲流至干灘面近端和壩體外坡時(shí)，這兩處的浸潤(rùn)線測(cè)管開始出現(xiàn)讀數(shù)，并且測(cè)管水位上升速率逐漸加快，后期和水位上升速率幾乎保持一致。

通過上述的數(shù)據(jù)分析可以看出，庫(kù)內(nèi)水位變化對(duì)浸潤(rùn)線的變化影響比較大，無論是干灘面近端、中部、遠(yuǎn)端，還是壩體外坡處的浸潤(rùn)線都會(huì)隨著水位的快速上升而迅速抬高，這是非常不利于尾礦壩的安全的。因此在遇到強(qiáng)降雨和洪水發(fā)生時(shí)，若不采取相應(yīng)的有效措施，浸潤(rùn)線必然會(huì)隨著庫(kù)內(nèi)水位的上升而不斷升高，這往往會(huì)使干灘長(zhǎng)度變短，從而使得浸潤(rùn)線的位置升高而威脅壩體的安全，同時(shí)水位的升高也會(huì)使?jié)B流路徑縮短，直接影響著尾礦壩的滲流場(chǎng)邊界。因此在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，對(duì)于透水性差的初期壩來說，在其中設(shè)置土工布、排水褥墊和排滲管等都能較好地降低浸潤(rùn)線的位置，同時(shí)也要做好尾礦壩下游逸出點(diǎn)附近的反濾設(shè)施，避免發(fā)生滲透破壞[4]。當(dāng)遇到強(qiáng)降雨和洪水時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)庫(kù)內(nèi)水位和浸潤(rùn)線的監(jiān)測(cè)工作，特別是遇到強(qiáng)降雨或洪水來臨時(shí)的監(jiān)測(cè)，保證尾礦壩排洪和排滲設(shè)施正常、有效的工作，保證一定的干灘長(zhǎng)度，將浸潤(rùn)線高度控制在安全范圍內(nèi)。

3 結(jié)論

當(dāng)尾礦庫(kù)排洪設(shè)施出現(xiàn)問題不能正常排洪時(shí)，庫(kù)內(nèi)水位隨著降雨時(shí)間的增加而不斷升高。壩體的浸潤(rùn)線變化受庫(kù)內(nèi)水位的變化比較明顯，壩體浸潤(rùn)線高度隨著庫(kù)內(nèi)水位的上升而不斷抬升。

浸潤(rùn)線高度變化存在滯后于水位高度的現(xiàn)象，干灘面遠(yuǎn)端和干灘面中部處的浸潤(rùn)線高度變化滯后于水位高度不是太明顯，在干灘面近端和壩體外坡處的浸潤(rùn)線高度滯后于庫(kù)內(nèi)水位高度比較明顯，當(dāng)庫(kù)內(nèi)水流滲流至干灘面近端和壩體外坡時(shí)，滯后現(xiàn)象逐漸消失，浸潤(rùn)線上升速率和水位上升速率基本一致。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙天龍，陳生水，鐘啟明.尾礦壩潰決機(jī)理與潰壩過程研究進(jìn)展[J].水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)，2015（1）：105-111.

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