某銅礦二期排污壩穩(wěn)定性分析

周雄超 劉波 張道長(zhǎng)

（浙江建輝礦建有限責(zé)任公司 溫州 253800）

0 前言

某銅礦二期擴(kuò)建工程中，建于湖底淤泥之上的污水調(diào)節(jié)庫(kù)攔污壩在接近竣工完成之時(shí)。由于湖底淤泥強(qiáng)度極低、孔隙比高、施工處理困難，攔污壩采用排水固結(jié)筑壩，在施工過(guò)程中多次出現(xiàn)不利于壩體穩(wěn)定的裂縫。目前采用最廣泛的極限平衡分析法對(duì)攔污壩穩(wěn)定性計(jì)算分析，得出攔污壩的穩(wěn)定性狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上采用FLAC-3D數(shù)值模擬對(duì)攔污壩的破壞模式進(jìn)行分析，提出了確保湖底淤泥達(dá)到固結(jié)要求，以及對(duì)攔污壩進(jìn)行了中部馬道加寬的建設(shè)性意見(jiàn)，確保了二期擴(kuò)建攔污壩的順利完工，為礦山的延續(xù)開(kāi)采，提高綜合經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益做出了一定的貢獻(xiàn)。

1 剖面圖及參數(shù)計(jì)算

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘探與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，得到六個(gè)地質(zhì)剖面。選取2-2剖面和5-5剖面為計(jì)算剖面，并采用實(shí)際工程地質(zhì)剖面，基本可以反映壩體的真實(shí)情況。

通過(guò)鉆探獲取現(xiàn)場(chǎng)各種土樣，并分析土樣的物理力學(xué)性質(zhì)。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，并結(jié)合類似材料的經(jīng)驗(yàn)值綜合考慮，確定本次穩(wěn)定性計(jì)算分析采用的土性參數(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1，計(jì)算取值較試驗(yàn)結(jié)果偏小，以保證一定的安全儲(chǔ)備。

表1 壩體穩(wěn)定性分析采用的土性指標(biāo)

21 26 35 17 15第四系全新統(tǒng)坡洪積相礫砂志留系強(qiáng)風(fēng)化粉砂層人工夯填土人工干砌塊石層礫石土料18 20 24 26 25 9 28 50 8 11

2 攔污壩穩(wěn)定性計(jì)算

攔污壩施工過(guò)程中對(duì)壩體上游部分鋪設(shè)了防滲膜，因此，攔污壩穩(wěn)定性計(jì)算分析中，主要考慮了兩種運(yùn)行情況，一是大壩處于自然狀態(tài)，不考慮上下游的水壓力作用；二是廢石場(chǎng)堆載完成后，上游水位上升，大壩受到水壓力作用，上游水位為設(shè)計(jì)高程+24.5m，下游水位為湖面自然高程+15m。分別用Bishop法、Janbu法、余推力法分析攔污壩的穩(wěn)定性，不考慮地震作用產(chǎn)生荷載對(duì)壩體的影響。

運(yùn)用上述確定的計(jì)算剖面和計(jì)算參數(shù)，分別用Bishop法、Janbu法、余推力法分析1#攔污壩的穩(wěn)定性，不考慮地震作用產(chǎn)生荷載對(duì)壩體的影響，共進(jìn)行了兩個(gè)剖面兩種工況條件下共44種計(jì)算方案的分析工作。

計(jì)算結(jié)果表明利用Janbu法計(jì)算得出的安全系數(shù)最小，Bishop計(jì)算得出的結(jié)果最大，根據(jù)規(guī)范要求，粗顆粒堆積的壩體在進(jìn)行穩(wěn)定性判斷時(shí)，以余推力法為主，參考其他幾種計(jì)算方法的分析結(jié)果。隨著固結(jié)度的增加，壩體的安全系數(shù)也逐漸增加，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，壩底湖泥基本達(dá)到完全固結(jié)，考慮淤泥達(dá)到固結(jié)要求，兩種工況下各種計(jì)算方法計(jì)算得到的安全系數(shù)均大于1.30，壩體處于穩(wěn)定狀態(tài)，不會(huì)產(chǎn)生滑移破壞，符合壩體的長(zhǎng)期安全要求。

攔污壩5-5剖面采取上游壩腳加寬反壓平臺(tái)后，使得壩體的破壞滑動(dòng)面均處于下游，上游壩體安全系數(shù)得到了提高，在自然狀態(tài)工況下5-5剖面的穩(wěn)定計(jì)算分析安全系數(shù)略高于2-2剖面，而在受到水壓力作用工況下，由于兩側(cè)水壓力差，使得5-5剖面的穩(wěn)定計(jì)算分析安全系數(shù)低于2-2剖面。

壩體各剖面在受到水壓力作用下的安全系數(shù)大于壩體自然狀態(tài)下的安全系數(shù)，且超過(guò)了1.4，處于穩(wěn)定狀態(tài)，不會(huì)產(chǎn)生滑移破壞。

攔污壩壩體筑壩完成后，如果湖底淤泥完全未固結(jié)，則壩體的安全系數(shù)很低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到壩體穩(wěn)定要求，在湖底淤泥固結(jié)達(dá)到60%以上，兩種工況下壩體安全系數(shù)均達(dá)到1.0以上。

3 攔污壩破壞模式分析

利用FLAC軟件對(duì)建立的模型進(jìn)行數(shù)值計(jì)算與模擬分析，本次數(shù)值分析模型是在穩(wěn)定性分析的剖面基礎(chǔ)上建立的，分析攔污壩的穩(wěn)定性。計(jì)算過(guò)程中，幾種材料的參數(shù)取值上述穩(wěn)定性分析相同。

計(jì)算結(jié)果顯示，利用強(qiáng)度折減法計(jì)算出的安全系數(shù)與用極限平衡法算出的結(jié)果相近，具有一定的可比性。二者方法計(jì)算出的滑動(dòng)面均沿壩頂產(chǎn)生深層滑動(dòng)面，影響壩體的整體安全；強(qiáng)度折減法計(jì)算出的安全系數(shù)略小于極限平衡法計(jì)算出來(lái)的安全系數(shù)，強(qiáng)度折減法所計(jì)算出的滑動(dòng)面更能接近大壩的真實(shí)滑動(dòng)面，與實(shí)際大壩發(fā)生深層滑動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)相一致。

在壩體5-5剖面附近發(fā)生的壩體兩次滑移過(guò)程，系壩體在施工過(guò)程中，壩底湖泥未達(dá)到固結(jié)要求，施工過(guò)程過(guò)快，導(dǎo)致壩體整體安全系數(shù)未達(dá)到要求，進(jìn)而壩體產(chǎn)生深層滑移破壞。在壩體上游側(cè)進(jìn)行了馬道前側(cè)加寬，有效地改善了壩體沿上游滑動(dòng)面安全系數(shù)。

4 結(jié)論

（1）攔污壩穩(wěn)定性分析表明，隨著固結(jié)度的增加，壩體的安全系數(shù)也逐漸增加?？紤]淤泥達(dá)到固結(jié)要求，兩種工況下各種計(jì)算方法計(jì)算得到的安全系數(shù)均大于1.30，壩體處于穩(wěn)定狀態(tài)，不會(huì)產(chǎn)生滑移破壞，符合壩體的長(zhǎng)期安全要求；

（2）在攔污壩壩體筑壩完成后，如果湖底淤泥完全未固結(jié)，則壩體的安全系數(shù)很低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到壩體穩(wěn)定要求，在湖底淤泥固結(jié)達(dá)到50%以上，壩體安全系數(shù)達(dá)到1.0以上，最終在攔污壩施工完成后，確保了湖底淤泥達(dá)到固結(jié)要求；

（3）針對(duì)攔污壩的穩(wěn)定性分析，以及破壞模式分析的基礎(chǔ)上，盡可能地保證攔污壩的穩(wěn)定性。結(jié)合攔污壩東側(cè)加寬?cǎi)R道的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)攔污壩進(jìn)行了中部段按5-5剖面對(duì)應(yīng)進(jìn)行馬道加寬。最終確保了壩體的穩(wěn)定性，二期的擴(kuò)建工程得以順利完成。