何锦龙 伍跃胜 刘泽东 刘 磊

(1.江西理工大学继续教育学院，江西 赣州341000;2.江西应用技术职业学院资源环境工程系，江西 赣州341000)

尾矿是选矿作业产物的一部分，常堆存于尾矿库。对于矿山的安全生产，尾矿库是矿山的一个重要危险源，其坝体的稳定性至关重要;影响尾矿坝的稳定性因素有很多，其中降雨是对尾矿坝的稳定性影响最大的［1-6］。某尾矿库由东尾矿库和西尾矿库组成，本次主要研究该尾矿库降雨对其尾矿坝稳定性的影响规律。

1 计算方法的选择

尾矿坝稳定性分析的计算方法有很多种，常用的分析方法极限分析法、滑移线场法、极限平衡法［7-11］。根据《尾矿库安全技术规程》［12］中的相关要求，尾矿库的稳定性计算推荐的是极限平衡法，一般采用有效应力法进行计算［13］。本次稳定性计算采用极限平衡法中的瑞典圆弧法、毕肖普法和简布法。考虑到降雨是影响尾矿库稳定性的重要因素，本次研究将尾矿库的渗流性状考虑到稳定性的计算当中，以提高尾矿库的稳定性计算真实度。计算采用Geo Studio 软件中的边坡稳定性分析模块(Slop/w 模块)结合渗流分析模块(Seep/w 模块)同步计算。

2 气象资料概述

库区属亚热带季风气候区，气候温和湿润，有充足的阳光和充沛的雨量。据当地气象站50 a 观察资料，历年极端最高气温40.7 ℃，最低气温－9.9 ℃，年降雨量在1 882 mm，年最大降雨量2 550 mm，日最大降雨量331 mm，降雨多在3—7 月，占全年降雨量的48.4%;年平均蒸发量1 282 mm，相对湿度为80%。年均无霜期达260 d。全年主导风向为EN风，平均风速为1.4 m/s。年最大积雪深度420 mm，冬季多雾。该地气象相关数据见表1 和表2。

表1 库区气象资料Table 1 Meteorological data of the reservoir area

表2 库区多年逐月平均降雨统计表Table 2 Monthly average rainfall of the reservoir areamm

3 计算剖面的建立

为了便于尾矿库的稳定性计算分析，分别在东尾矿库和西尾矿库选取一个离尾矿库中心线距离较近的剖面作为计算用剖面，此剖面也是地质钻探资料最为完全的剖面。计算剖面的相关地质资料来源于矿山的前期地质钻探资料与本次研究的钻探资料相结合。得出东尾矿库最终计算剖面见图1，西尾矿库最终计算剖面见图2。各剖面的尾砂相关物理力学参数也是参考矿山的相关地质资料，并对所获取资料中类别相同、埋藏位置相近的尾砂的物理力学参数取平均值，最终结果见表3 和表4。

图1 东尾矿库计算剖面Fig.1 Calculation cases of east tailings reservoir

图2 西尾矿库计算剖面Fig.2 Calculation cases of west tailings reservoir

表3 东尾矿库计算剖面的分层物理力学参数Table 3 Physical and mechanical parameters of calculation cases of east tailings reservoir layered

表4 西尾矿库计算剖面的分层物理力学参数Table 4 Physical and mechanical parameters of calculation cases of west tailings reservoir layered

东尾矿库的1 号剖面长320.4 m，高52.6 m，西尾矿库的4 号剖面长679.2 m，高78.5 m。将上述模型导入Geo studio 的Seep/w 模块结合Slop/w 模块建模，并利用相关尾砂的物理力学参数对模型定义材料属性。

4 不同工况稳定性计算

为了解不同降雨条件下的尾矿库的稳定性，本次研究分别选取正常水位的工况、20 a 一遇24 h 最大降雨量的工况、50 a 一遇24 h 最大降雨量的工况和100 a 一遇24 h 最大降雨量的工况进行稳定性计算分析。

在进行各工况稳定性计算中，都考虑到初始水位线的影响，其中正常水位工况的水位线与其他工况计算剖面的初始水位线一致。各种降雨工况的降雨时间取24 h，降雨量的大小取对应的气象资料的降雨量，为了解不同降雨量对尾矿库稳定性的影响，计算中选用极限平衡法与渗流结合同步计算，渗流计算模块中，东尾矿库的计算网格取0.1 m，由于西尾矿库模型较大，所以西尾矿库的计算网格取0.2 m，在计算中，将瑞典圆弧法、毕肖普法和简布法考虑渗流同步计算，瑞典圆弧法、毕肖普法和简布法所用的水位参数即由渗流计算得出，由于渗流计算与瑞典圆弧法、毕肖普法和简布法的计算是同步的，所以计算结果更贴近实际。

5 计算结果与分析

通过采用极限平衡法中的瑞典圆弧法、毕肖普法和简布法3 种不同的计算方法与渗流计算的方法进行同步计算，对东尾矿库和西尾矿库的4 种不同工况下的稳定性计算，得出在不同工况下的东尾矿库和西尾矿库的最小安全系数，见表5。

表5 不同工况不同计算方法下尾矿库最小安全系数Table 5 Minimum safety factor of tailings reservoir by different conditions and calculation method

为了了解降雨量对尾矿库稳定性的影响，将同一个尾矿库的不同降雨工况的计算结果与降雨量进行数据拟合分析。降雨量的数值取数值计算中对应工况所取的总降雨量，通过对东尾矿库和西尾矿库3 种极限平衡法计算所得的安全系数与降雨量的关系进行线性拟合，拟合公式为y =ax +b，其中x 即为降雨量，mm;y 为降雨量对应的尾矿库的最小安全系数。拟合结果见表6。

表6 尾矿库最小安全系数与降雨量的拟合结果Table 6 The fitting results of minimum safety factor and rainfall of tailings reservoir

从拟合的结果可以看出，研究区域的尾矿库的最小安全系数与降雨量呈线性相关，且其相关系数都比较大，最小也不小于0.90，由此说明本研究区域的东尾矿库和西尾矿库的稳定性与降雨量的大小是呈线性相关的。从拟合公式的系数可以看出，东尾矿库的最小安全系数与降雨量的变化率较小，而西尾矿库的最小安全系数与降雨量的变化率则相对较大。这是因为西尾矿库的剖面更大，在同样降雨工况和降雨时间的条件下，西尾矿库的降雨总量就相对较大。尾矿库的排水只有在堆石坝才有出口，因此在降雨量相对较大，排水量相差不大的西尾矿库稳定性受同等降雨工况的稳定性对最小安全系数的影响比东尾矿库更大。

6 结 论

(1)采用极限平衡法与渗流同步计算得出的尾矿库的最小安全系数随着降雨量的增加而减小，由于西尾矿库剖面的长度更长，在受降雨的影响下，同一降雨工况的同样降雨时间下，西尾矿库的降雨总量更多，而在计算剖面上，尾矿库的排水只有通过堆石坝进行排水，所以在同样的降雨工况和降雨时间下，西尾矿库的稳定性受降雨的影响更大。

(2)采用3 种极限平衡法与渗流的同步计算结果表明东尾矿库和西尾矿库在100 a 一遇的24h 最大降雨条件下最小安全系数均大于1.25，是稳定的。

(3)对本次研究采用的3 种不同极限平衡法对4种不同降雨工况下的东尾矿库和西尾矿库计算得到的最小安全系数与降雨量进行线性拟合，拟合相关系数均大于0.90，相关系数比较高，说明本次研究的尾矿库最小安全系数与降雨量呈线性相关。

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