柴山煙沖溝尾礦庫(kù)加高擴(kuò)容工程的壩體穩(wěn)定性分析

周光緩

（湖南大學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司 湖南長(zhǎng)沙 410000）

在經(jīng)濟(jì)發(fā)展刺激下，礦山開(kāi)采中產(chǎn)生的礦石越來(lái)越多，為切實(shí)滿足這一要求，確保企業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定進(jìn)行，需對(duì)現(xiàn)有的尾礦庫(kù)實(shí)施加高擴(kuò)容。但這樣會(huì)使原本穩(wěn)定的壩體超負(fù)荷，導(dǎo)致潰壩。對(duì)此，必須對(duì)尾礦庫(kù)安全引起高度重視，在實(shí)際的加高擴(kuò)容實(shí)施前，采用適宜的方法對(duì)壩址穩(wěn)定性進(jìn)行全面分析，以此為工程實(shí)踐提供可靠參考借鑒。

1 工程概況

該尾礦庫(kù)系狹長(zhǎng)山谷型尾礦庫(kù)，庫(kù)內(nèi)縱深約1.0km，屬巖溶低山溝谷地貌。該尾礦庫(kù)原設(shè)計(jì)尾礦堆積標(biāo)高600.0m，總壩高102.0m，總庫(kù)容750.0×104m3，目前尾礦堆積標(biāo)高584.2m左右，總壩高約為86.2m，總庫(kù)容約為620×104m3。主排洪系統(tǒng)：D=3.5m鋼筋混凝土框架式排水井―隧洞（主隧洞斷面為2.70m×2.70m圓拱直墻式，支隧洞斷面2.50m×2.50m）。本次擴(kuò)容設(shè)計(jì)擬將尾礦繼續(xù)上游法加高40m，即尾礦最終堆積標(biāo)高為640.0m，堆積邊坡暫為1：5，即總壩高為142.0m，總庫(kù)容為1414.29×104m，新增有效庫(kù)容667.29×104m3，可為新建選廠及原柴山選廠繼續(xù)服務(wù)13.30年。

2 穩(wěn)定性分析和評(píng)價(jià)

根據(jù)勘察成果，庫(kù)區(qū)的主要地層如下：人工填土、初期壩體、尾粉砂、尾粉土、尾粉質(zhì)黏土、沖洪積粉質(zhì)黏土及碎石層，下伏基巖為泥盆系上統(tǒng)錫礦山組灰?guī)r，各地層巖土物理力學(xué)參數(shù)結(jié)合試驗(yàn)成果及工程經(jīng)驗(yàn)，見(jiàn)表1。

對(duì)于堆積壩體，其穩(wěn)定性計(jì)算主要采用圓弧法，計(jì)算公式為《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2002）中 5.2.3-1～5.2.3-4式，對(duì)壩體上的主剖面線進(jìn)行穩(wěn)定性分析與驗(yàn)算。在實(shí)際的穩(wěn)定性驗(yàn)算過(guò)程中，基于現(xiàn)有狀態(tài)，考慮地震力的作用。

計(jì)算公式：根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2002）中5.2.3條規(guī)定，當(dāng)采用圓弧滑動(dòng)法時(shí)，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)按式（1）計(jì)算：

表1

邊坡穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，安全系數(shù)等于1.261，根據(jù)《選礦廠尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》（ZBJ 1—90）有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)該庫(kù)按照II級(jí)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)時(shí)，安全系數(shù)比要求的最小安全系數(shù)略高。

通過(guò)驗(yàn)算可知，在正常運(yùn)行條件下，最小安全穩(wěn)定系數(shù)等于1.261，根據(jù)《選礦廠尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》（ZBJ 1—90），可滿足正常運(yùn)行條件下最小安全系數(shù)要求（1.261＞1.25）。庫(kù)區(qū)為巖溶弱發(fā)育區(qū)，巖溶主要表現(xiàn)形式為淺層巖溶，而巖溶的形態(tài)主要包括三種，即溶蝕裂隙、溶溝與石芽；深部沒(méi)有規(guī)模較大的巖溶通道。伴隨壩體高度不斷增加，滲漏通道開(kāi)始以溶蝕裂隙形式為主。伴隨堆積壩體不斷升高，滲透壓力開(kāi)始變大，在巖溶裂隙通道處產(chǎn)生明顯的滲漏現(xiàn)象，尤其是巖溶發(fā)育區(qū)，由于處在增高擴(kuò)容區(qū)域之內(nèi)，覆蓋層的厚度為1～3m，可在尾礦覆蓋之前實(shí)施局部封堵與防滲處理。

表2 邊坡穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算結(jié)果

3 壩體變形特征

根據(jù)變形觀測(cè)成果表，其中最大累積變形值整理后見(jiàn)表3。

圖3各排變形位移觀測(cè)點(diǎn)最大累積變形值一覽

分析兩期的變形觀測(cè)技術(shù)報(bào)告、堆積壩體變形特征：①壩坡中上段的C排點(diǎn)變形較大，下段A、B排點(diǎn)的變形相對(duì)較??；②垂直變形位移大于水平變形位移，C排點(diǎn)的垂直變形位移值約為水平變形位移值的2倍，A、B排點(diǎn)的垂直變形位移值約為水平變形位移值的1～1.5倍；③堆積壩體的變形屬固結(jié)沉降變形和坡面?zhèn)认蜃冃?；④各排觀測(cè)點(diǎn)的最大變形均靠近庫(kù)區(qū)中軸線堆積層最厚的部位。

由于壩體下段采取有效降、排滲和加固修坡措施后，壩體浸潤(rùn)線降低，且隨固結(jié)時(shí)間增長(zhǎng)尾礦固結(jié)程度較高，變形位移量較??；由于壩體中上段變形較大的原因較復(fù)雜，C排觀測(cè)點(diǎn)的最大變形沉降值達(dá)+167.8mm、最大水平位移值達(dá)+80.8mm；水平位移觀測(cè)值有正有負(fù)，可能與土洞塌陷或固結(jié)過(guò)程中土體的應(yīng)力重分布后所產(chǎn)生的變形有關(guān)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在尾礦庫(kù)加高擴(kuò)容工程建設(shè)中，需要根據(jù)場(chǎng)區(qū)實(shí)際情況，對(duì)其壩址的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，以此確定工程設(shè)計(jì)等前期工作能否滿足實(shí)際要求，保證工程建設(shè)順利和安全開(kāi)展，避免因壩址不穩(wěn)定而產(chǎn)生安全問(wèn)題或事故。