某尾矿坝抗滑稳定性分析及评价

李秀博 袁志明 陈 磊

(中国建筑材料工业地质勘查中心辽宁总队，辽宁沈阳 110004)

1 工程概况

该尾矿库位于选厂西北方向的后沟内，偏南北狭长，沟内树木稀疏，植被一般。尾矿库建在山谷谷口处，两侧山体坡度大约在20°～30°，属于山谷形尾矿库。根据设计文件尾矿库标高在305.0 m ～250.0 m 之间，库容为63.0 万m3，为四等库。初期坝标高250.0 m ～270.0 m，坝高20.0 m，坝顶宽 10 m，坝坡为 1∶2.0，坝长105 m。初期坝坝体为透水坝，坝体为碾压式土石混合坝，坝体上游坡铺设土工布。初期坝底部为排渗盲沟:排渗盲沟长224.0 m。后期坝坝体每隔10.0 m设水平排渗与垂直排渗，以降低尾矿砂坝体的浸润线。坝肩要设排水沟。采用上游式尾矿筑坝法，尾矿浆采用坝上分散放矿。

通过现场实地调查，由于排水竖井的排水不够理想，由设计院设计，在库内左侧山脚处设计排水方涵，总长度为150 m。排水方涵和排水隧洞均正常工作，排水较清澈，含砂量小。初期坝外坡坡度为1∶1.7，堆积坝外坡坡度在1∶1.8 ～1∶2.6 之间，坝体外坡上种有灌木，植被较发育。

2 尾矿坝稳定性分析

2.1 稳定性计算方法

采用瑞典圆弧法确定最危险滑弧的位置及最小安全系数。该方法假设条块之间的作用力对圆弧形滑动面上的法向应力分布没有影响，其抗滑力与下滑力之比即为安全系数K:

其中，K为抗滑稳定安全系数;W为土条重量;Q，V分别为水平和垂直地震惯性力;u为作用在土条底面的孔隙压力;α为条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角;b为土条宽度;c，φ均为土条底面的总应力抗剪强度指标;Mc为水平地震惯性力对圆心的力矩;R为圆弧半径。

2.2 浸润线计算

根据设计文件，该尾矿库为四等尾矿库。由于该尾矿库目前正处于正常运行状态，所以正常运行工况下坝体浸润线根据勘察钻孔实测水位绘出。洪水运行和特殊运行工况下，根据《选矿厂尾矿设施设计规范》，3级及3级以下尾矿坝的浸润线根据渗流理论计算得出。按保守安全性考虑，将尾矿坝视为坝基不透水、无排渗设施，且下游无水。其中干滩长度和实际库水位应转化为化引滩长和化引库水位。

浸润线方程和计算简图见图1。

其中，Lh为化引滩长，m;L为计算滩长，m;H1为化引库水位，m;H为计算条件下实际库水位;m1为沉积滩坡度系数，水位起算点为坝脚角点。

图1 坝基不透水、无排渗设施的简化渗流计算示意图

计算结果见表1。

表1 洪水运行条件下浸润线计算参数统计表

2.3 岩土物理力学参数

在充分考虑野外原位测试、室内常规试验、直剪试验等各种试验条件的基础上，参考其他尾矿库地层参数和有关规范综合确定计算剖面上各层岩土的物理力学参数列于表2。

表2 尾矿库岩土物理力学参数

2.4 稳定性计算结果及评价

本尾矿库属四等尾矿库，根据GB 50547-2010尾矿堆积坝岩土工程技术规范，坝体稳定性计算采用瑞典圆弧法，并考虑水作用的总应力法计算。有以下三种荷载组合:

1)正常运行=正常水位渗透压力+坝体自重，安全系数K≥1.15。2)洪水运行=最高洪水位渗透压力+坝体自重，安全系数K≥1.05。3)特殊运行=最高洪水位渗透压力+坝体自重+地震荷载，安全系数 K≥1.00。

稳定性计算结果见表3。

表3 稳定性计算结果表

图2 工况稳定性计算简图

图3 洪水运行工况稳定性计算简图

图4 特殊运行工况稳定性计算简图

由图2～图4可以得到以下结论:正常运行条件下处于稳定状态，在洪水运行条件下处于稳定状态，在特殊运行条件下处于稳定状态。通过对计算结果对比分析，浸润线对坝体稳定性的影响很大。当洪水期浸润线位置较高，坝体趋于饱和状态时，坝体稳定性降低很多。故在尾矿坝继续加高过程中，需加强对尾矿排放管理，采用坝前排放方式，并经常变换排放口位置，使粗颗粒在坝前堆积，从而提高尾矿坝的稳定性。

3 结语

1)通过采用瑞典条分法对尾矿坝进行抗滑稳定性分析，安全系数基本满足要求。2)浸润线对坝体稳定性的影响很大。当坝体浸润线升高，坝体处于饱和状态时，土体有效应力急剧降低，孔隙水压力升高，对坝体稳定性产生不利影响。建议经常疏通排渗盲沟，保证其畅通排水，使坝体浸润线降低。

［1］ 王家兵.某尾矿坝边坡稳定性分析及评价［J］.山西建筑，2010，36(15):81-82.

［2］ 祝进冰，孙 亮，郑小毅，等.某尾矿坝抗滑稳定性分析［J］.中国水运，2007，5(1):62-63.

［3］ ZB J1-90，选矿厂尾矿库设施设计规范［S］.

［4］ GB 50547-2010，尾矿堆积坝岩土工程技术规范［S］.

［5］ 张 俊.某尾矿坝扩容抗滑稳定性分析［J］.环境保护，2009(1):41-42.