某尾矿库闭库稳定性分析

高振兴

（杨凌职业技术学院，陕西 杨凌 712100）

1 工程概况

某尾矿库位于洋县桑溪镇李家庄沟沟内，为上游式尾矿库。该尾矿库始建于2008年3月，在未经过设计的情况下向库内排放尾矿砂约48.7万m3，堆积高度约为60.0m。后企业补充完成了该尾矿库工程岩土工程勘察报告和初步设计，业主按照设计进行了整改，于2011年10月竣工验收并投入使用，于2012年10月停止使用。

2013年9月完成了闭库岩土工程勘察报告，2014年7月完成了闭库设计安全专篇，后按照设计安全专篇进行了施工。工程实施过程中的工勘、设计、施工及监理单位都具有规定的资质。

2 坝体现状

经现场实测，该尾矿库总坝高81.5m，堆积方量约94.1万m3，属四等尾矿库[1]。该尾矿库初期坝为废弃矿石（微风化片麻状花岗岩、闪长岩）进行筑坝，为堆石坝，初期坝坝高20.2m，顶宽度3m，轴线长度79m，在上游坝面设土工布反滤层，在坝体与岸坡结合处设置截水沟以排泄雨水。下游坝面坡比 1：1.8。现场调查和观测，坝体表面平整，未发现不均匀沉降，坝体无裂缝，坝脚排渗棱体渗出水体清澈。该尾矿库堆积坝最终堆积高度为（初期坝以上）61.3m，子坝外坡比1:1.8～2.1。

3 坝体稳定性评估

3.1 初期坝稳定分析

（1）初期坝坝基稳定性分析

初期坝坝址所处地段未见有滑坡等不良地质作用，未见有全新活动断层，所以初期坝坝址区是稳定的；根据闭库工程勘察等资料，初期坝坝基岩石为元古界强风化闪长岩，其饱和抗压为50.4～90.7 MPa，该段岩体工程性质较好，所以判定坝基是稳定的。

（2）初期坝坝肩稳定性分析

坝肩出露地层为元古界强风化闪长岩，岩石较坚硬，其饱和抗压为54.6～77.4 MPa，岩体呈巨厚层状，层间结合力强，坝肩部分山势雄厚，植被发育良好，未发现坝肩基岩变形等不良迹象。初期坝坝肩是稳定的。

（3）初期坝稳定性分析

初期坝筑坝材料为废弃矿石，其主要成分为微风化片麻状花岗岩、闪长岩。根据现场观察，现状坝体外观良好，表面平整，无裂缝，无其他变形现象。

（4）初期坝渗漏稳定性分析

初期坝坝肩主要为闪长岩，其表层风化裂隙发育，但深部裂隙不发育，且在施工过程中对坝肩进行了清理。通过调查，未发现坝肩有渗漏现象，且已经停止向库区内排放尾矿，尾矿库浸润线较低。因此认为，坝肩不会发生渗漏。坝体预留的排渗孔畅通，坝脚排渗体的渗出水清澈。因此认为初期坝渗流是稳定的。

通过上述分析认为，初期坝是稳定的。

3.2 堆积坝稳定性分析

（1）堆积坝稳定性分析

根据闭库工程勘察报告和现场调查，堆积坝表面较平整，无坍陷、冲沟、水蚀等不良现象。闭库工程勘察中通过地质实测、稳定性计算结果表明，现状堆积坝稳定性满足要求。现已停止排放尾矿，随着时间的推移，尾砂自重固结，堆积坝的稳定性将会逐渐提高。

（2）渗流稳定性分析

该尾矿库干滩长度160m，大于规范规定的最小50m的要求。

堆积坝体内浸润线埋深为4.80～18.20m；坝面无渗水现象，涵管排出水清澈。认为现状堆积坝渗流是稳定的。

3.3 坝体稳定性计算

坝体稳定计算采用河海大学边坡稳定分析程序 AUTOBANK进行分析。按程序要求对坝体进行剖面分析，并进行概化分区。概化分区依据《闭库勘察报告》并结合库区地形对尾矿坝体进行。计算指标依据《闭库勘察报告》、《尾矿设施设计规范》附录 C 坝体尾矿的平均物理力学指标及相似工程实践经验的技术参数比较确定。

根据《中国地震烈度区划图》[2]，本工程所在地区属于抗震设防烈度6度区，场地地震加速度值为0.05g。按照相关规范[3][4]，6度时，尾矿坝可不进行抗震验算，但应满足规定的抗震构造和工程措施要求。所以计算不考虑地震工况。根据，该地区属于抗震设防烈度6度区，场地地震加速度0.05g，按照《碾压式土石坝设计规范》[5]要求，计算尾矿库的正常运行情况、洪水运行情况下的稳定计算均应计算。

（1）土力学参数信息坡面线下压土层数为 6 层，具体土层物理力学指标如表1。

表1 土层物理力学指标表

（2）计算公式

尾矿坝稳定性分析采用瑞典圆弧条分法计算。计算公式为:

式中：K—安全系数；

Ci—第i 条块滑面粘聚力(kPa)；

Φi—第i 条块滑面内摩擦角(°)；

θi—条块的重力线与通过此条块底面中点半径之间的夹角(°)；

li—第i 条块滑面长度(m)；

Wi—第i 条块滑面的土体重量(KN)，浸润线以上取天然重度，以下取饱和重度。

滑弧法计算坝坡稳定，主要是滑弧位置的确定和计算公式的选择，由于地基、初期坝、尾矿性质和其它外力条件不同，滑弧的位置有以下几种情况：

①若初期坝强度较高，采用上游法筑坝工艺，滑弧一般在初期坝坝顶以上。

②地基条件较好，有可能初期坝与堆积坝一起发生滑动。

③地基较弱时也可能连同一部分地基一起滑动。

④滑弧位置与浸润线关联性较高，可能位于浸润线出逸附近。

（3）计算结果

各滑弧取30个土条计算，根据试算，滑弧长度不小于20m，具体计算结果列表如2。

表2 稳定计算结果表

4 结论

该尾矿库的初期坝址、地基、坝肩是稳定的，堆积坝表面平整，未见有坍陷、冲沟等现象，通过计算坝体的整体稳定性安全系数均大于规范要求。综合判定该尾矿库坝体稳定性满足要求。

建议：

1.尾矿库闭库后管理工作仍由原单位负责。负责指导和监督尾矿库运行和安全管理工作，落实尾矿库的各种管理制度。如因土地复垦等原因需要变更管理单位的，必须报请主管部门批准，并办理相应的法律手续。

2.闭库后的尾矿库，未经设计论证和批准，不得重新启用或改作他用。

3.闭库后的尾矿库，必须做好坝体及排洪设施的维护。未经论证和批准，不得储水。严禁在尾矿坝和库内进行乱采、滥挖、违章建筑和违章作业。

4.建议尾矿库周边实施围挡封闭，防止周边村民、牲畜等进入库区。尾矿坝应设置警戒线，采取隔离措施，并设立警示牌，以防止对坝体及其坡面的人为破坏。尾矿坝外坡面应按闭库设计要求，做好排水设施及坝面植草的维护工作。