库内降雨下的尾矿库坝体浸润线变化规律研究

唐永俊++叶光凤

摘要： 通过库内模拟降雨条件下的堆坝模型实验，研究了在库内降雨条件下坝体的浸润线变化规律，实验结果表明：库内水位的变化对浸润线的影响比较明显，坝体整体的浸润线高度随着库内水位的上升而不断上升；浸润线高度变化存在滞后于水位高度的现象，干滩面远端和干滩面中部处的浸润线高度变化滞后于水位高度不是太明显，在干滩面近端和坝体外坡处的浸润线高度滞后于库内水位高度比较明显，当库内水流渗流至干滩面近端和坝体外坡时，滞后现象逐渐消失，浸润线上升速率和水位上升速率基本一致。

Abstract： The model experiment of heap dam under the condition of rainfall in the reservoir is carried out. The results show that， the influence of the water level changes on the infiltration line is obvious， and the height of the whole dam infiltration line increases with the rise of the water level in the reservoir. The height of the infiltration line is lagging behind the height of the water level， and the height of the infiltration line at the far end of the dry beach and the middle of the dry beach is lagging behind the height of the water level are not obvious. The infiltration line near the dry beach and the out slope of the dam lagging behind water height in the reservoir is more obvious. When the reservoir water seepage to the near dry beach and the out slope of the dam， the hysteresis phenomenon gradually disappeared， the rate of rise of the infiltration line and water level rise rate are basically the same.

关键词： 尾矿库；模型试验；浸润线；滞后

Key words： tailings dam；model test；infiltration line；lag behind

中图分类号：TV649 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）08-0170-02

0 引言

尾矿库是指筑坝拦截谷口或围地构成的，用以堆存金属或非金属矿山进行矿石选别后排出尾矿或其他工业废渣的场所。尾矿库是一个具有高势能的人造泥石流危险源[1]，存在溃坝危险，一旦失事，容易造成重特大事故。对于尾矿库的安全稳定而言，浸润线被称为尾矿坝的生命线，了解浸润线的变化规律对尾矿坝的安全至关重要，研究浸润线的变化特性也将对尾矿库的预警和安全评价等具有重要的意义。

1 实验内容

浸润线的变化对于库区水位变化的响应是最敏感的[2]，浸润线每升高10%，坝体抗滑稳定安全系数减少约0.02[3]。因此，本文通过尾矿库堆坝模型试验，进行降雨模拟实验，测量降雨过程中坝体的浸润线值，分析在降雨条件下，库内水位不断变化时坝体的浸润线变化规律。实验假设当遇到百年一遇的强降雨时，因尾矿库排洪设施出现问题不能正常排洪而导致库内水位在库内不断聚集，导致水位不断上升。在本次实验中，沿坝体轴线中部布置4根浸润线测管，分别为J1、J2、J3和J4，J1位于干滩面远端，J2位于干滩面中部，J3位于干滩面近端，J4位于坝体外坡，其中J1、J2、J3和J4距离为0.6m，0.6m，0.6m和0.5m，坝体浸润线布置如图1所示。

2 坝体的浸润线变化规律及分析

在降雨过程中，每隔10min测一次库内水位高度和浸润线高度，浸润线与水位高度随降雨的时间变化如图2～5所示。

从图2～5中可以看出，库内水位随着降雨时间的增加在不断增加，这主要是因为尾矿库的排洪设施出现问题，导致不能正常的将库内水排出到库外而不断在库内积聚而引起库内水位不断上升。在上图中，J1（干滩面远端）、J2（干滩面中部）、J3（干滩面近端）和J4（坝体外坡）处的浸润线测管水位都随着库内水位的上升而逐渐抬高，说明库内水位的变化对浸润线的变化影响比较明显。在降雨初期，干滩面远端、干滩面中部、干滩面近端和坝体外坡处的浸润线测管水位值分别为6.1cm、2.5cm、0cm、0cm。随着降雨的持续，干滩面远端和干滩面中部处的浸润线受水位上升的影响比较明显，并且干滩面远端处浸润线上升速率几乎和水位上升速率基本一致。这主要是由于在放矿试验完成后并立即进行了降雨模拟实验，堆积坝内的尾矿砂含水率还比较高，外加降雨过程中，在干滩面上的水流除了不断汇流至库内外，还有一部分降雨直接从干滩面表层尾矿砂慢慢入渗至深部尾砂中，并且越接近库尾，入渗的水流也越多。因此导致了在干滩面远端和干滩面中部处的尾矿砂饱和程度较高，故在降雨初期，浸润线向干滩面远端和干滩面中部处的浸润推进速度很快，干滩面远端和干滩面中部处的浸润线高度并未出现明显的滞后于水位高度的现象。由于库内水流渗透到干滩面近端和坝体外坡需要一段时间，因此干滩面近端和坝体外坡处的浸润线测管高度并未因库内水位的上升而出现明显变化，而是出现了滞后于库内水位高度的现象，并且坝体外坡处浸润线滞后现象比干滩面近端更加明显。当库内水流渗流至干滩面近端和坝体外坡时，这两处的浸润线测管开始出现读数，并且测管水位上升速率逐渐加快，后期和水位上升速率几乎保持一致。

通过上述的数据分析可以看出，库内水位变化对浸润线的变化影响比较大，无论是干滩面近端、中部、远端，还是坝体外坡处的浸润线都会随着水位的快速上升而迅速抬高，这是非常不利于尾矿坝的安全的。因此在遇到强降雨和洪水发生时，若不采取相应的有效措施，浸润线必然会随着库内水位的上升而不断升高，这往往会使干滩长度变短，从而使得浸润线的位置升高而威胁坝体的安全，同时水位的升高也会使渗流路径缩短，直接影响着尾矿坝的渗流场边界。因此在实际的生产过程中，对于透水性差的初期坝来说，在其中设置土工布、排水褥垫和排渗管等都能较好地降低浸润线的位置，同时也要做好尾矿坝下游逸出点附近的反滤设施，避免发生渗透破坏[4]。当遇到强降雨和洪水时，应加强库内水位和浸润线的监测工作，特别是遇到强降雨或洪水来临时的监测，保证尾矿坝排洪和排渗设施正常、有效的工作，保证一定的干滩长度，将浸润线高度控制在安全范围内。

3 结论

当尾礦库排洪设施出现问题不能正常排洪时，库内水位随着降雨时间的增加而不断升高。坝体的浸润线变化受库内水位的变化比较明显，坝体浸润线高度随着库内水位的上升而不断抬升。

浸润线高度变化存在滞后于水位高度的现象，干滩面远端和干滩面中部处的浸润线高度变化滞后于水位高度不是太明显，在干滩面近端和坝体外坡处的浸润线高度滞后于库内水位高度比较明显，当库内水流渗流至干滩面近端和坝体外坡时，滞后现象逐渐消失，浸润线上升速率和水位上升速率基本一致。

参考文献：

[1]赵天龙，陈生水，钟启明.尾矿坝溃决机理与溃坝过程研究进展[J].水利水运工程学报，2015（1）：105-111.

[2]张力霆，周国斌，谷芳，齐清兰.库区水位急剧变化对尾矿库坝体稳定的影响[J].金属矿山，2008，37（8）：119-122.

[3]张杨，秦卫星，张岳安，王宜将.独木陇尾矿坝抗滑稳定的可靠度分析分析[J].金属矿山，2010，39（5）：154-157.

[4]齐清兰，张力霆，谷芳，周国斌.影响尾矿库渗流场的因素及降低浸润线的措施[J].金属矿山，2009，38（2）：35-37.