酒钢肃南宏兴矿业铜选厂尾矿库岩土工程勘察

茹昭华

（甘肃省有色金属地质勘查局张掖矿产勘查院，甘肃 张掖 734000）

本次勘察按详细勘察阶段进行，依据委托方详勘技术要求及《尾矿堆积坝岩土工程技术规范》（GB50547-2010）和《有色金属工业岩土工程勘察规范》（GB 51099-2015）规定，查明酒钢肃南宏兴矿业铜选厂尾矿库场地内地层岩土体分布情况，以及确定各岩土体物理、力学性质指标，为中钢集团马鞍山矿院工程勘察设计有限公司对酒钢肃南宏兴矿业铜选厂尾矿库坝体稳定性分析评价及变更设计工作提供依据[1]。

1 勘查区地形地貌

勘察区地貌为祁连山低中山区，平均海拔约2750m，最高海拔为2830.29m，最低海拔为2713.63m，相对高差116.66m，自然坡度10°～60°，库区北部、东部为基岩峭壁，南侧临一较大冲沟。沿山坡分布有众多“V”型侵蚀谷，洪水汇流后经库区中部及南部较大冲沟自东向西流入北大河。库区内洪沟无常年地表流水，仅在暴雨季节及春季有暂时性地表径流。受洪水进一步切割形成了高低不平的谷地、坡地，地形起伏大，坡脚及冲沟两岸分布有多条直立边坡。沟谷内堆积大量滚石、卵石、块石。总体而言，库区范围内山高坡陡，沟壑纵横，地形复杂，植被稀少。

2 场地工程地质条件

（1）地质构造。勘察区区域上位于祁连地槽西段北部，地质构造相当复杂，经历了多次构造运动，其中以加里东晚期构造运动最强。区内总的构造线方向为北西西向。前震旦纪及早古生代地层多形成紧密的长形褶皱，晚古生代及中新生代地层多形成短轴的开阔的褶皱。断裂非常发育，具明显的继承性，且以北西西向逆冲断层为主。

区域主要断裂构造为F1、F2 断裂，F1 断层位于勘察区北东部约8km，为冲断层，总体走向310°，倾角50°，F2 断层位于勘察区西南部约6km，为冲断层，总体走向310°，倾角60°，F1、F2 断层距勘察区距离较远，远远超出建筑安全避让距离。勘察区内未发现断裂构造。

（2）地层岩性。据勘探揭露，场地内岩土类型如下：①素填土：土黄色，以角砾为主，最大粒径约100mm，为人工堆填子坝，堆填期大于5 年，夹有粗砂、卵石、粉土等，均匀性差，压缩性中等，密实度中等。②角砾：分布于库区中部冲沟及山坡冲沟内。土黄色，干燥-稍湿，中密-密实，以角砾为主，粒径大于2mm的颗粒含量占50%～65%，一般粒径2mm ～20mm，最大粒径50mm，表层分布有滚石、碎石。颗粒成分以火成岩、变质岩为主，多成片状及菱角状，磨圆度较差，级配不良，粉粒及粘粒充填。③尾粉土，稍湿状为棕褐色，干状为青灰色，遇水具有粘聚性，切面较光滑，稍有光泽，干状态下呈粉土状。偶见较大块石夹杂。

（3）不良地质作用。经本次勘察，地层中无软弱土层和盐渍土等分布；勘察区场地上也未发现坑、穴等；根据区域地质资料，场地周边无活动性断层存在；本区不是岩溶区，无岩溶发育；场地及周边未见明显不良地质作用，本场地适合工程建设。

（4）场地地震效应。根据《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010，2016版)及《中国地震动参数区划图》（GB18306－2015），勘察区隶属张掖市肃南裕固族自治县祁青乡，本区抗震设防烈度为Ⅷ，地震动峰值加速度为0.2g，反应谱特征周期为0.4s。根据拟建场地地质、地形、地貌等，经判别本场地属对工程抗震一般地段。

（5）场地土冻胀性。勘察场地在冬季气候较寒冷，本区标准冻土深度为－1.40m，现状均为季节性冻土，无多年冻土分布，根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）地基土的冻胀性分类表，并结合勘察场地内地下水埋藏条件及岩土层特性分析，场地内角砾天然含水率13.4%～19.5%，平均值15.4%，具有弱冻胀性，素填土天然含水率12.3% ～14.5%，平均值13.77%，具有弱冻胀性，尾粉土天然含水率9.5%～14.3%，平均值11.18%，为不冻胀土[2]。

3 场地土的力学性质

（1）压缩性评价。为评价勘察场地内素填土、角砾和尾粉土的压缩性，勘察中在9 个勘探孔中采取15 组扰动样，经室内筛除粗颗粒，重塑后进行试验，结果显示地基土的压缩性按p1为100kPa，p2为200kPa 时的压缩系数值a1-2划分为低、中、高压缩性，按以下规定进行划分：＜1 ＞当a1-2＜0.1MPa-1时，为低压缩性土；＜2 ＞当0.1MPa-1≤a1-2＜0.5MPa-1时，为中压缩性土；＜3 ＞当a1-2≥0.5MPa-1时，为高压缩性土。综上所述，素填土和角砾为低压缩性土，尾粉土为中等压缩性土。

（2）场 地 土 的 剪 切 指 标。勘 察 中 在ZK2、ZK3、ZK4、ZK5、ZK7、ZK8、ZK10、ZK11、ZK16 号 孔 内 采 取15 组 扰 动样，经室内筛除粗颗粒，重塑后进行剪切试验，试验结果显示，场地内角砾粘聚力21.0kPa ～28.0kPa，平均值23.67kPa，内摩擦角30.2°～52.5°，平均值40.4°；尾粉土粘聚力41.8kPa ～139.2kPa，平均值69.28kPa，内摩擦角47.1°～27.8°，平均值37.48°；素填土粘聚力13.4kPa ～87.0kPa，平均值42.58kPa，内摩擦角21.0°～43.4°，平均值29.07°。

4 水土的腐蚀性评价

（1）场地环境类型划分。依据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001，2009 年版）附录G 进行判别，勘察区属高寒区，场地环境地质条件符合高寒区弱透水层中的地下水，环境类型按Ⅱ类环境考虑[3]。

（2）地下水腐蚀性评价。勘察范围内仅ZK1 钻孔见地下水，地下水埋深3.30m，同时沟谷中有地表水，为评价地下水、地表水对建筑材料的腐蚀性，采取1 组地下水和1 组地表水水质全分析试样，室内进行水化学全分析实验。实验结果表明，地下水对混凝土结构具有微腐蚀性；在干湿交替的条件下，地下水对钢筋混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性。

5 场地地震地质条件及地震效应

本区抗震设防烈度为Ⅷ，地震动峰值加速度为0.20g，反应谱特征周期为0.40s。场地土类型素填土和尾粉土为中软场地土，角砾为中硬场地土，场地类别属于Ⅱ类。本场地属对建筑抗震一般地段。根据场地土性质和地下水埋藏条件，本场地不会发生地震液化。

6 初期坝坝体现状稳定性分析

（1）坝肩稳定性分析。根据周边地形地貌条件，以及各结构面组合关系对两坝肩岩体边坡稳定性评价如下：①初期坝筑坝时首先清除坝基和坝肩风化层，堆筑后分层填筑密实，每层铺实厚度不大于500mm，用机械振动碾压2 遍～3 遍（或夯实）。采用角砾堆积，左、右坝肩嵌入山体，与山体相衔接，自然状态属稳定的形式。②初期坝库区内采用尾粉土堆砌，堆积尾粉土属中密状态，自然状态属稳定的形式。

（2）坝基稳定性分析。根据此次勘察及参考前期勘察《镜铁山矿铜铁选矿工程铜选厂尾矿库岩土工程勘察报告》，初期坝坝基嵌固于角砾层中，承载力特征值fak=260Kpa，本次勘察在初期坝位置未揭露地下水，说明初期坝浸润线低于坝基高度，坝基相对较稳定。

（3）坝体稳定性分析。初期坝坝长333.8m，坝高34.0m，坝顶宽5.0m，坝型为碾压透水土石坝，现坝体为不透水坝型。每10m坝高设置一道宽2m 马道，在2760.0m 马道和2770.0m 马道之间有一条宽5.5m 的上坝公路通过。初期坝上、下游坡比均为1：2.0，内外坡铺设0.5m 厚干砌石护坡，筑坝土石料为角砾。根据现场钻探及调查分析，初期坝总体处于稳定状态，但初期坝坝高已快达到设计容许坝高，应注意加强监测，防止尾粉土库超载，以免发生不必要事故，宜尽快进行加高扩容设计。另外根据《中国地震动参数区划图》（GB18306－2015），库区所在的张掖市肃南裕固族自治县祁青乡的抗震设防烈度为8°，设计基本地震加速度值为0.20g，第二组，地震作用综合系数0.4，尾矿库原设计采用的《中国地震动参数区划图》（GB18306－2001）中数据已不再适用，宜尽快进行变更设计。

7 建议

（1）根据库区内实际情况，初期坝坝高已接近设计容许坝高，应时时注意加强监测，防止超载，宜尽快进行加高扩容设计，并应对初期坝体进行必要加固处理，以免发生不必要事故。

（2）根据《中国地震动参数区划图》（GB18306 － 2015），库区所在的张掖市肃南裕固族自治县祁青乡的抗震设防烈度为8°，设计基本地震加速度值为0.20g，第二组，地震作用综合系数0.4，尾矿库原设计采用的《中国地震动参数区划图》（GB18306－2001）中数据已不再适用，建议尽快进行变更设计。

（3）堆场尾矿的排放管理是堆场安全运行的关键，建议堆场正常运行时，采取坝前排放方式，使粗颗粒在坝前堆积。

（4）建议加强对堆场及尾矿坝内浸润线的长期观测，并应设置变形观测点，进行必要的变形观测。加强日常巡查工作，发现问题及时汇报、处理。