单丽影

（吉林省水利水电工程局第五工程处，吉林 长春 130012）

目前，尾矿坝研究主要集中于安全与环境两个方面。相关研究基本上都是围绕尾矿坝稳定性以及由溃坝引发出的坝体堆筑、排渗、地震液化、环境污染等展开的。在这些有关尾矿坝稳定性的研究成果中，大多是针对某一特定的尾矿库，利用公式验算和借助计算程序，对坝体进行了安全稳定性分析计算。而在这些研究中有关室内试验研究细粒尾矿堆积坝稳定性的资料基本为空白。就细粒尾矿而言，因其尾矿颗粒细，其力学性质较一般尾矿差，给筑坝带来更大的困难，增加了坝体滑坡，液化失稳的危险性。到目前为止，系统地对细粒尾矿筑坝稳定性进行研究在国内外基本上是一个空白。本研究选用吉林省白山金矿尾砂堆积坝为目标，对其坝体静力、动力稳定进行分析，以其为细粒尾矿筑坝稳定性研究提供借鉴。

1 基本方程及计算方法

坝体稳定分析采用瑞典圆弧滑动法。作为平面问题处理，分析这些圆弧内土体绕圆心转动的稳定性，具体计算时为了方便，通常采用条分法。对于滑动土体中渗流水压力对坝坡稳定的影响一般采用“等值力矩法”计算。土体破裂面上抗剪强度服从Mohr-Coulomb强度准则。

瑞典圆弧条分法计算坝坡稳定安全系数的表达式为：

式中：ci，φi为裂面上土体的粘结力与内摩擦角；bi为土条宽度；li为滑裂面的长度；γ，γ謖，γm分别为土体的天然容重，浮容重和饱和容重；h1i，h2i，h3i分别为第i土条中浸润线以上、浸润线与下游水位之间和下游水位以下土条的高度；αi为第i土条滑弧面中心和瞬时滑弧圆心连线与垂线之间的夹角。

为了分析尾矿坝在7度地震作用下坝坡的稳定性，采用拟静力法将地震时所产生的水平和竖向地震惯性力作为拟静力作用在各个土条的重心处，与其它荷载组合进行计算，其稳定安全系数用下式计算：

式中：Qi为作用于土条重心处的地震惯性力，Qi=KhCZGiail；Kh为水平向地震系数；CZ为综合影响系数，取值0.25；ai为地震加速度分布系数；Gi为计算土条的土重；M0为水平向地震惯性力对圆心的力矩；R为瞬时圆心半径；Ci，φi为土体在地震作用下的粘滞力和内摩擦角；

2 计算模型、参数选择、边界条件

（1）计算模型的建立。计算模型如图1所示，向库区内延伸的长度122.8m，用于安全超高6.23m的工况。

图1 尾矿坝计算模型

（2）参数选择。在稳定计算过程中，尾矿初期坝坝体材料的静、动力计算参数按长春有色勘查设计院试验结果进行取值，堆石的紧密容重为20.5kN/m3，摩擦角34°，凝聚力0kPa；尾坝堆积体材料的静、动力计算参数按试验结果进行取值，尾矿的固结容重为14.9kN/m3，饱和容重为17.5kN/m3，由三轴不排水剪试验得到总应力强度指标为：摩擦角30.3°，凝聚力55.9kPa；由三轴固结排水剪试验得到有效应力强度指标为摩擦角29.6°，凝聚力12.1kPa。初期坝底碎石容重20.5kN/m3，摩擦角32°，凝聚力5kPa；这三种材料的强度均为有效强度指标。根据设计资料，最高洪水位为795.0m，则相应的干滩长度为122.8m。

（3）计算工况。对于静力稳定计算，考虑的荷载为坝体自重和孔隙水的浮力。对于动力稳定计算，荷载组合为筑坝期正常洪水位所产生的浮力+坝体自重+地震荷载，在122.8m、341.0m两种干滩情况下，分别进行稳定计算。

计算中浸润线位置由渗流数值分析确定，地震荷载当作拟静力施加到坝体上，水平地震动为0.2g，竖向地震动是水平的2/3。

3 计算结果

图2 最小安全系数所对应的滑弧圆心和滑弧位置

（1）静力稳定计算。最小安全系数所对应的滑弧圆心和滑弧位置如图2所示。由图2可见，最小安全系数所对应的滑弧均位于初期坝基以下，这表明初期坝地基的稳定性较差，但安全系数均大于规范规定的安全系数允许值1.10（洪水运行）及1.2（正常运行）。

（2）动力稳定计算。最小安全系数所对应的滑弧圆心和滑弧位置如图3所示。如图3可见，最小安全系数所对应的滑弧均位于初期坝基以下，这仍表明初期坝地基的稳定性较差，但安全系数均大于规范规定的安全系数允许值1.05（特殊运行）。

图3 最小安全系数所对应的滑弧圆心和滑弧位置

4 结语

静力稳定的安全系数和动力稳定的安全系数均大于规范规定的安全系数值，所以可以认为在静力、动力情况下，吉林省白山金矿尾砂堆积坝坝体均能保持稳定。