基于SLIDE的尾矿库坝体稳定性分析

普兴林，陈玉明

（昆明理工大学，云南 昆明 650093）

基于SLIDE的尾矿库坝体稳定性分析

普兴林，陈玉明

（昆明理工大学，云南 昆明 650093）

尾矿库是矿山工程的重大危险源和环境污染源，坝体的稳定性关乎下游居民的生命财产安全。本文应用SLIDE软件对云南某矿尾矿坝在正常、洪水、特殊运行情况下的稳定性进行分析，得出此尾矿坝的坝坡抗滑稳定的安全系数，并对坝体的稳定性进行评价。

尾矿坝；极限平衡；稳定性；SLIDE

尾矿库是一种特殊的边坡工程，具有特殊的应力状态，不仅受到地质构造应力的作用，还受到洪水、排水渗压、地震等荷载影响。某尾矿库由于排渗管道堵塞，出现沼泽化和干滩难以固结的问题，现在需要对尾矿库在正常、洪水、特殊运行情况下的稳定性进行论证，以解决是否可以继续堆存尾矿的问题。

1 尾矿库概况

云南某矿尾矿库于2012年2月投入使用，经过两年多的运营，初期坝已经堆满，坝高21.05m，坝体为基础设置排渗棱体的均质碾压土坝，坝内坡设置土工布反滤层。沉积于库前的粗颗粒尾砂采用人工堆筑子坝，目前已堆至第二层子坝，标高为1 213.73m，相对于初期坝坝底高差为22.81m。

2 尾矿坝稳定性分析

2.1 坝体材料分区及物理力学指标

根据该矿尾矿库岩土工程勘察报告书和相关资料，将计算体分为4个区：一区：尾矿堆积体(尾细沙)；二区：排渗棱体(灰岩)；三区：初期坝(粉质粘土)；四区： 尾矿坝坝基(粉砂岩层)。在进行初期坝坝基开挖时清除表层覆盖层并进入粉砂岩层以下100cm。

各层材料的物理力学指标取值见表1。

表1 各层材料的物理力学指标取值

2.2 边坡稳定性计算软件SLIDE

SLIDE软件是一个计算土、石质二维边坡稳定的程序，由加拿大RocScience公司研发。可计算边坡的安全系数，还可分析圆弧与非圆弧的潜在破坏滑动面。SLIDE软件非常便于操作应用，即使复杂的模型也可以迅速简便的建立和计算分析。外界荷载、地下水、支撑物都可以用不同的方式模拟。该软件应用建立在极限平衡上的竖向条分法(如Bishop、Janbu、Fellenius等)来计算边坡的稳定。各滑动面可以计算分析，由搜索算法自动搜索确定所计算边坡的最危险潜在破坏滑动面位置，也可指定滑面分析安全系数。

2.3 坝体稳定性分析

由于该尾矿库现设计坝轴线长为49.31m，因此布置3条地质勘探线。尾矿库成V字形，中间的2#勘探线最长，因此参考另两条勘探线，设定2#勘探线作为稳定性分析剖面，分析步骤如图1所示。

图1 坝体稳定性分析步骤

根据行业标准ZBJ1-1990《尾矿设施设计规范》，四等尾矿库稳定性计算的荷载在正常运行情况下是坝体自重和筑坝期正常高水位的渗透压力，实测正常运行时尾矿库水面线长度89.97m；在洪水运行情况下是坝体自重和最高洪水位有可能形成的稳定渗透压力，根据地区水文地质资料洪水运行时设计的水面线长度为106.57m；在特殊情况下是在洪水运行情况基础上加上地震荷载，根据国家标准GB50011-2010《建筑物抗震设计规范》，该地区抗震设防烈度为7度，水平和竖直地震加速度都为0.1g。

根据尾矿库的地质勘察资料绘制正常运行情况下的2#剖面的计算简化图，如图2所示。

图2 正常运行情况下的2#剖面的计算简图

在图2的基础上，考虑材料的物理力学参数和运行情况后，在SLIDE中建立如图3所示的模型，为了方便观察坝高和坝体长度，把模型建立在(0，0)的基准点上。添加自动搜索网格，网格数设置为20×20。

然后再模型中添加水面线以及浸润线的水头位置，选择常用的Bishop、Janbu、Fellenius这三种稳定性计算方法，在网格搜索范围内找出圆弧滑动面圆心的可能范围以及分析出坝坡抗滑稳定的最小安全系数，如图4所示。

图3 正常运行情况下的2#剖面的计算模型

图4 最小安全系数计算简图

类似正常运行情况下的建模，在洪水运行情况下改变水位线的位置，在特殊情况下再添加地震的水平加速度和竖直加速度。然后用Bishop、Janbu、Fellenius等方法计算出不同运行情况下的最小安全系数。计算结果如表2所示。

表2 不同运行情况下的最小安全系数

通过分析比较发现同一种运行情况使用Bishop法计算最小安全系数最大，Janbu法计算的最小。

3 尾矿库坝体稳定性评价

该矿尾矿库设计为四等库，根据《尾矿设施设计规范》，坝坡抗滑稳定的最小安全系数(Kmin)要求，正常运行期间：Kmin=1.15；洪水运行期间：Kmin=1.05；特殊运行期间：Kmin=1.00。通过SLIDE软件计算得出不同运行情况下的最小安全系数均大于规范要求，但是在继续加高过程中要严格按照原设计施工，密切关注坝体位移以及水位变化情况。出现险情立刻停止生产并且整改。

4 结论

(1) 对通过SLIDE软件计算的结果与尾矿库出现沼泽化和干滩难以固结等现象进行分析，发现得出的安全系数与实际坝体稳定性不相符合，这主要是因为现阶段尾矿库堆积坝高度比较小，在后期继续加高过程中，如果不及时整改尾矿库的排渗设施，尾矿库的坝体稳定性系数将会降低，最终出现不可估量的损失。

(2) 极限平衡理论在尾矿库坝体稳定性分析的应用中已经达到一个相对成熟的阶段。在大量的运用实例中，证明极限平衡理论的方法Bishop、Janbu、Fellenius等在稳定性分析方面是可行的。

(3) SLIDE软件在稳定性分析、渗流场分析、概率分析等方面都有优越的特性，在岩土、矿山开采、交通、水利等领域不断开发利用，在全世界的使用范围较广，分析结果可靠性较高，在本文中SLIDE软件也发挥了很重要支撑作用，在今后的使用过程中可以不断优化扩宽应用范围。

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[3]袁轩.极限平衡理论在土石坝边坡稳定性分析中的应用与改进[D].成都：四川大学，2006.

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【修回日期】2014-10-17

Stability Analysis of A Gold Mine Tailing Dam Based on the SLIDE

PU Xing-lin , CHEN Yu-ming
(Kunming University of Science & Technology, Kunming 650093, China)

Tailings is major hazards and environmental pollution of mining engineering, the stability of the dam body is about the life and property safety of the people live in downstream .This passage is about using SLIDE software to make the stability analysis for a certain gold mine tailings dam under the condition of normal, flood, special running. It is concluded that the safety coefficient of dam slope stability against sliding, and to evaluate the stability of the dam body.

tailings dam; limit equilibrium theory; stability; SLIDE

TD926.4

A

1007-9386(2015)02-0054-02

2014-09-11