王 晗 许成承 刘小文

(南昌大学建筑工程学院，江西 南昌 330031)

尾矿堆积坝稳定性影响因素耦合分析

王 晗 许成承 刘小文

(南昌大学建筑工程学院，江西 南昌 330031)

综合考虑不同因素对坝体安全系数的影响，将数据拟合成曲线图的方法，对典型尾矿堆积坝模型进行了分析。达到了堆积坝稳定性受坝坡、坝高、干滩长度、坝体材料及渗流等因素影响较大的效果。

极限平衡方法，稳定性，尾矿坝

1 概述

伴随我国采矿业的快速发展，有大量的尾矿需要排放堆存形成尾矿库，面对我国近1 500余座尾矿库，如果尾矿库的主要构筑物——尾矿坝一旦溃坝将造成巨大伤亡和财产损失[1]，对社会造成极坏影响。因此，加强尾矿库的安全管理工作，显得尤为重要。陈忠等人[2]提出FTA方法在尾矿坝稳定性上的应用；王健等人[3]分析了坡度对安全系数的影响；代仲海等人[4]进行了尾矿坝的三维静力稳定性分析。但是尾矿坝特别是尾矿堆积坝稳定性与很多因素有关，如地基情况、组成尾矿坝的材料性质、坝内浸润线埋深、尾矿坝外坡比、干滩长度等[5,6]。如单从一因素分析的稳定性往往不够全面，造成其他因素的忽略[7]。本文通过主要因素的耦合分析，综合计算和对比各因素对稳定性的影响，结果更加合理，与实际相吻合，以供参考。

2 典型尾矿堆积坝稳定性计算及分析

某一尾矿堆积坝，初期坝为均质坝，设有排水棱体，棱体高3 m，均质坝其内外坡比分别为1∶2.0和1∶2.5，坝高10 m。设计干滩坡比1%，长100 m。为了考虑不同因素对堆积坝稳定性影响，本文对坝高、尾矿堆积坝外坡比、堆积尾矿性质、干滩长度四个主要因素进行分析。

堆积坝体按均质考虑，尾砂材料分别取尾粘土、尾粉质粘土、尾粉土、尾粉砂、尾细砂及尾中砂六种；坝高度取90 m,70 m,50 m及30 m四种；堆积外坡比取1∶5,1∶4.5,1∶4,1∶3.5,1∶3及1∶2.5六种；对干滩长度也取不同，选取50 m,100 m,150 m及200 m干滩长度进行分析，共对288种情况进行了稳定性分析[8]。选取地震烈度小于6级，不考虑动荷载稳定计算，只从静荷载方面计算。基础模型如图1所示。

2.1 尾砂特性

在稳定性分析中，尾砂分别取尾粘土、尾粉质粘土、尾粉土、尾粉砂、尾细砂及尾中砂进行分析。各种材料参数参考《选矿厂尾矿设施设计规范》选取。

材料计算参数如表1所示。

表1 尾砂特性

2.2 稳定性分析结果

根据边坡计算软件，选取以上工况，得出了尾矿库稳定安全系数与坝坡、坝高、干滩长度以及尾砂类型之间的关系曲线，根据这些计算数据和曲线，可以得出以下结果。图2中1～6分别指尾粘土、尾粉质粘土、尾粉土、尾粉砂、尾细砂及尾中砂。

2.2.1 坝坡与安全系数

图2表示的是安全系数与坝坡的关系，分别对应30 m,50 m,70 m,90 m坝高的情况。计算的干滩长度均为100 m。可以看出，在坝高一定条件下，下游坝坡越缓，安全系数越高。当坝坡坡比大于1∶3.5时，对粒径较粗的尾中砂、尾细砂及尾粉砂，减小坡比对稳定性提高较快；但当坝坡缓于1∶3.5时，坡度再变缓对稳定性影响不明显。

2.2.2 坝高与安全系数

图3为坝坡1∶3,1∶4和1∶5的情况下安全系数与坝高的关系曲线，计算的干滩长度均为100 m。可以看出，随着筑坝高度的增加其稳定性也越差。

2.2.3 干滩长度与安全系数

图4为尾粉质粘土、坡度为1∶4情况下的安全系数与干滩长度关系，随着干滩长度的增加，其安全系数均增加。

3 结语

1)坝坡对稳定性的影响是：下游坡越平缓，安全系数越高；对细粒土，坡比和安全系数呈近似的线性关系，但幅度小于砂土；粘土类尾矿坝，坝坡改变对稳定性的影响有限。

2)筑坝高度的增加，降低了坝体的稳定性；砂类尾矿堆积坝在坝高方面影响要远小于尾粉土、尾粉质粘土以及尾粘土；在30 m～50 m坝高范围内，影响幅度要远超过50 m以上坝高。

3)干滩长度的增加，提高了坝体安全系数。坝体浸润线高度随干滩长度增加而降低，且坝体上部变化明显，原因是初期坝透水性更大。

[1] 徐宏达.我国尾矿库病害事故统计分析[J].工业建筑,2001,1(31):69-71.

[2] 陈 忠.FTA在尾矿库溃坝事故分析中的应用[J].有色金属科学与工程,2010,10(1):62-66.

[3] 尹筱琴,王 健.某尾矿库溃坝处理及稳定性分析[J].湖南有色金属,2010(6):4-6.

[4] 代仲海.某尾矿坝三维静力稳定性评价分析[J].水资源与水工程学报,2010,10(5):166-168.

[5] 胡明鉴.某上游法尾矿坝抗滑稳定性浅析[J].岩土力学，2003,32(2)：44-46.

[6] 魏作安.探讨尾矿库设计领域中存在的问题[J].有色金属(矿山部分),2002(4):44-45.

[7] 腾志国.关于尾矿坝地震稳定性的分析及评价[J].河北冶金,2003(1):16-17.

[8] 许成承.尾矿堆积坝稳定性及溃坝砂流的数值模拟研究[D].南昌:南昌大学硕士学位论文，2010.

Tailings dam stability influencing factors

Wang Han Xu Chengcheng Liu Xiaowen

(NanchangUniversitySchoolofCivilEngineeringandArchitecture,Nanchang330031，China)

Put forward the method to consider the different factors impact on dam safety factor, and make the data fit the curve, with typical tailings dam model analysis. It shows that the stability affected by the dam slope, height, the length of the dry beach, dam material and seepage, and other factors change.

limit equilibrium methods, stability, tailings dams

1009-6825(2017)20-0096-02

2017-05-06

王 晗(1997- )，女，在读本科生； 许成承(1985- )，男,硕士; 刘小文(1968- )，男，教授

TU413.62

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