某尾矿堆积坝稳定性分析

兰 鹏 潘诗婷 张武渊 林天翔

(南昌大学建筑工程学院,江西 南昌 330031)



某尾矿堆积坝稳定性分析

兰 鹏 潘诗婷 张武渊 林天翔

(南昌大学建筑工程学院,江西 南昌 330031)

根据某尾矿堆积坝体安全鉴定的要求,使用瑞典圆弧法分析了尾矿堆积坝体的稳定性,并对各工况下的尾矿堆积坝坡进行了稳定性验算,得出不同水位运行下抗滑稳定安全系数满足规范要求。

尾矿堆积坝,稳定性,安全评价,瑞典圆弧法

0 引言

国内的矿山非常多，地表的尾矿堆积坝是矿山的危险源之一，并且危害非常的大。根据最新资料统计,我国已有1 500座尾矿堆积坝,许多尾矿堆积坝都需要进行稳定分析和安全评价,否则尾矿堆积坝的安全问题将会影响整个地区的安定与繁荣[1]。近些年来,我国发生的尾矿堆积坝事故有许多，造成人员伤亡惨重，财产损失数额巨大。其中就包括1985年8月25日在湖南柿竹园尾矿库发生的尾矿堆积坝溃坝和1992年5月24日在河南滦川县赤土店乡钥矿抢修尾矿库排洪洞时发生大体规模坍塌的安全事故，这两起事故造成多人死亡，财产损失不计其数[2]。因此对尾矿堆积坝稳定性分析和安全评价就非常的有必要了。而大坝的稳定分析需要数值分析提供理论依据。其中尾矿堆积坝水位的变化对大坝稳定分析有重要的影响[3]。

研究的该坝体，初期坝为土石坝，高度为10 m，往上为尾矿堆积坝，坝体坡度为1∶5，堆积坝总高度为50 m，水位高程271.57 m。通过对该坝体的研究，可以得到该坝体在不同水位下的抗滑稳定安全系数。

1 尾矿堆积坝体稳定的计算

根据有关规范[4]规定，尾矿堆积坝的初期坝与坝坡的抗滑稳定性的分析结果，需要结合坝体材料及堆积坝基岩土的物理力学性质，并且考虑坝体受到的各种荷载组合确定。当需要考虑地震荷载时，应按有关的设计规范[5]规定进行稳定性分析计算。本次稳定计算决定采用瑞典圆弧法计算。瑞典圆弧法是指假定滑动面为圆柱面及滑动土体为不变形的刚体，并且忽略了土条两侧面上的作用力，使未知量的个数减少，通过对土条底面法向力的平衡和滑动土条力矩平衡求出各土条法向力Ni和稳定安全系数K的表达式。

2 尾矿堆积坝体稳定分析要求

本尾矿库所在地区地震设防烈度小于6度，根据GB 50191—93构筑物抗震设计规范第23.1.4规定，6度时，尾矿堆积坝可不进行抗震验算，但应满足该规范规定的抗震构造和工程措施要求，本尾矿库为三等尾矿库，本次计算考虑按7度设防，充分考虑了地震的影响。

本次稳定分析计算考虑了正常运行、洪水运行、特殊运行三种运行条件下的总应力和有效应力。不同的运行条件有不同的荷载类别，通常将荷载类别共分为五类，一类为筑坝期正常高水位的渗透压力；二类为坝体自重；三类为坝体及坝基中的孔隙压力；四类为最高洪水位有可能形成的稳定渗透压力；五类为地震荷载。

在正常运行条件下，总应力分析考虑了一类和二类荷载，有效应力分析考虑了一类、二类和三类荷载。

在洪水条件下，总应力分析考虑了二类和四类荷载，有效应力分析考虑了二类、三类和四类荷载。

在特殊条件下，总应力分析考虑了二类、四类和五类荷载，有效应力分析考虑了二类、三类、四类和五类荷载。

按瑞典圆弧法计算的三等尾矿库坝坡稳定最小安全系数值见表1。

表1 三等库坝坡稳定最小安全系数表

3 稳定分析计算剖面

坝体稳定计算剖面选取垂直于尾矿堆积坝轴线处坝高最大位置，相对最不利于坝体稳定的一个典型剖面。典型断面如图1所示。

4 坝体稳定分析参数

对该尾矿库进行分析，具体物理力学指标见表2。稳定性的渗流稳定计算考虑了三种工况：

1)正常运行：库内水位处于正常高水位,根据地勘提供的资料，水位高程为268.1 m；2)洪水运行：库内水位处于最高洪水位，依据最小安全超高和最短干滩长度综合判断，水位高程为270.57 m；

3)特殊运行：库内水位处于最高洪水位，来源同上述，水位高程为270.57 m，并且考虑地震作用，计算考虑按7度设防。

表2 尾矿堆积坝的物理力学指标取值表

5 坝体稳定分析

采用尾矿库最大横剖面，运用上文所确定的计算参数与运行工况，用瑞典圆弧法计算分析尾矿库挡水主坝下游坡的稳定性，经稳定电算，坝坡抗滑安全系数见表3。

表3 坝体稳定计算结果表

三种运行工况下稳定计算结果图如图2～图4所示。

通过稳定分析计算结果表明，尾矿堆积坝坝体的稳定安全系数在不同运行条件下均能满足规范要求，说明该坝体是安全可靠的。并通过上图分析可得该尾矿堆积坝不会发生稳定安全事故。

[1] 曾向农,程运材,杨海洋.尾矿坝稳定分析中天然地震影响系数的确定及其应用研究[J].矿冶工程,2008,28(1)：103-106.

[2] 张 会.尾矿库溃坝事故风险因素分析[J].聊城大学学报(自然科学版)，2014(3)：100-101.

[3] 孙 怡.某水库坝坡抗滑稳定性分析[J].低温建筑技术,2015,4(1)：80-82.

[4] AQ 16968—2006，尾矿库安全技术规程[S].

[5] SL 274—2001，碾压式土石坝设计规范[S].

Abstrct: According to the requirement of safety appraisal of tailings dam, the stability of tailings dam slope is analyed by software through Sweden Arc Method. The stability of the tailings dam slope under various working conditions is calculated. It is concluded that the safety factor of anti sliding stability meets the requirements of different water levels.

The stability analysis on a tailing dam

Lan Peng Pan Shiting Zhang Wuyuan Lin Tianxiang

(ArchitecturalEngineeringSchool,NanchangUniversity,Nanchang330031,China)

tailing dam， stability， safety evaluation， Sweden Arc Method

1009-6825(2017)15-0077-02

2017-03-18

兰 鹏(1994- )，男，在读本科生； 潘诗婷(1996- )，男，在读本科生； 张武渊(1996- )，男，在读本科生； 林天翔(1996- )，男，在读本科生

TD824.7

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