尾矿坝滑坡原因及安全稳定性数值模拟分析

孙靖霄

（中冶沈勘工程技术有限公司，辽宁 沈阳 110000）

尾矿库作为冶金矿山的重要组成部分，储存了大量的有毒有害废渣和废水。作为一个具有高势能的人造坝，在历史上发生过多次溃坝事故，造成了严重的环境污染、经济损失。经统计分析：41.96%的尾矿坝事故均为溃坝事故。据不完全统计，目前我国境内有尾矿库超过8800座，如何保证尾矿库安全，成为冶金行业健康可持续发展的重要基础。

1 尾矿坝不同类型滑坡失稳原因分析

1.1 浅层滑坡原因分析

（1）外部原因：坝体边坡在库内废水的长期浸泡下一直处于水分饱和状态，若坝体表面产生纵向裂缝，很容易出现局部浅层滑坡；表层尾砂受风化影响最大，其强度会减弱，在水浪冲击、地震作用下易产生滑坡；

（2）人为原因：尾矿坝浅层滑坡一般发生在坝体加高部分，因为加高坝体本身结构相较于之前松散，且在后期加高坝体时没有过多考虑材料、边坡角度、坝体自重等问题，因此也易产生浅层滑坡。

1.2 深层滑坡原因分析

（1）人为因素：在尾矿库影响范围内进行爆破作业，致使地震波对坝体产生破坏；人为筑高坝体，不考虑力学结构是否合理；对库区管理不到位；

（2）外部原因：洪水没有及时排除，造成筑坝材料水分含量较高，占粘性降低。

1.3 整体滑坡原因分析

整体滑坡是从边坡底部直到顶部全部滑落，范围大、破坏严重。发生整体滑坡的原因基本与深层滑坡原因类似，在此不再赘述。

1.4 折线形滑坡原因分析

坝体存在渗漏管涌，而且在洪水和降雨影响下侵蚀范围逐步扩大，最终出现滑坡问题。超标洪水没能及时排出，造成坝体上部尾矿砂饱和，而且在水流冲刷下产生纵向贯通裂缝。

2 尾矿坝概况

文章所模拟的尾矿库初期坝为透水堆石坝，土石料填筑，高25m，长135m，坝顶宽3.5m。坝地层简单，无断层、地震等不良地质条件。尾矿库堆积坝采用“库内粗砂上游法”尾矿筑坝，坝高83.4m，长300m，外坡破比为1：3，坝顶宽8m。尾矿坝结构完整，不存在局部滑坡问题。

3 极限平衡法模拟尾矿坝安全稳定性分析

3.1 建立模拟模型

为了模拟方便，在此简化尾矿坝结构，自上而下依次为：尾中砂、尾细砂、尾粉土，构建的模型见图1，各土体的物理力学参数详见表1。

图1 尾矿坝模拟模型结构

表1 各土体的物理力学参数

3.2 模拟结果分析

（1）主坝稳定性系数。在此采用“瑞典圆弧法”并借助Geo-Studio软件对尾矿坝抗滑稳定性分析。得到本项目尾矿坝主坝稳定性系数为1.389，比规范中要求的Ⅲ级尾矿坝安全系数最低值1.2大，因此可判定本项目主坝边坡稳定性满足要求。

（2）不同抗剪强度下边坡稳定系数。为了计算不同抗剪强度下边坡稳定系数，在此将抗剪强度按照0.02比例折减，借助Geo-Studio软件对每次折减后的边坡稳定系数计算，得到折线图见图2。

图2 抗剪强度与边坡稳定系数关系曲线

由图2可知：①当折减系数在1.0～1.10之间时，边坡稳定性系数出现波动变化；②当折减系数达到1.06～1.08时，边坡稳定性系数处于1.2左右，之后便不符合要求。

4 结 语

尾矿坝的安全稳定性直接关系到区域内的生态环境安全，日常必须做好管理和监督。理论计算和数值模拟只能从一个方面提供可参考经验，因此在实际应用时，必须要结合当地实际情况，地质勘查工作要做好，务必保证坝体附近无地质灾害，否则后期对坝体修补会浪费大量人力物力财力。