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受经济发展和人口增长的影响,世界能源矿产消费量不断增加,随着世界经济规模的不断增大,世界能源消费量持续增长。正是由于能源消费量的急剧增加,国外和中国范围内都加大了对矿产的开发。一个矿山的开发,就会有尾矿产生,那么就必须建有尾矿库和尾矿坝。中国境内大致有1万多座尾矿库,为了减少运行费,便于管理,我国90%的选矿厂选用了上游式尾矿坝,但是由于上游式尾矿坝具有工艺简单、浸润线高、管理方便、费用低等缺点,造成了上游式尾矿坝是最容易发生溃坝的一种尾矿坝。由于尾矿库下游一般都有居民居住,一旦发生溃坝事故,就会造成大量的人员伤亡和财产损失,一旦发生事故,就会产生严重环境污染,也会给企业造成不可估量的损失,在社会上造成恶劣的影响。所以为了保证尾矿库坝的正常运行,防止尾矿坝溃坝事故的发生,就必须加强对尾矿坝的稳定性研究以及对尾矿坝的渗透变形加强监测。
尾矿坝的核心问题是尾矿坝的安全稳定性问题。尾矿的性质和状态是很复杂的,分析条件基本上都不是常规的,且研究尾矿堆积坝的时间和技术比较晚,到现在还没有形成自己独立的分析研究体系,一般都是沿用土力学传统的分析方法。所以就把尾矿坝看作是边坡的一种,而涉及到水对尾矿坝稳定性影响来分析时,又沿用了普通水坝的渗透分析方法。因此,一般把尾矿坝的安全稳定性分析问题定为边坡稳定性研究范畴。所以,在工程实践中,一般把尾矿坝作为一种特殊的边坡[7]。
尾矿坝(边坡)研究方法有很多,大致可分为定性分析方法、定量分析方法和非确定性分析方法,其研究的基础理论是建立在岩石力学和土力学之上的。尾矿坝稳定性计算分析中,瑞典圆弧法和简化Bishop法是目前应用最广泛的两种计算方法。这两种方法将滑动面设定为圆弧,并且假定分析的滑体为刚体,计算中不考虑滑体内部相互作用力,继而把滑体分成若干竖直条块,并且不考虑各个条块之间相互作用力,通过条块的受力平衡分析来求解坝体的稳定系数[13]。另外,随着计算机技术的发展,很多数值计算方法也应用到了边坡稳定性分析中。本文采用GeoStudio2007中的边坡稳定性分析软件和地下水渗流分析软件,主要用于尾矿库坝的稳定性分析和渗流计算模型的建立。
本文以贵州某尾矿库为研究对象,主要进行以下研究工作:
1、查明尾矿堆积体的成分、颗粒组成、密实程度及沉积规律;
2、查明尾矿堆积体的砂、土的物理力学性质;
3、查明堆积体勘察期间浸润线的位置;
4、分析和评价已运行坝体的稳定性;
5、分析和预估堆积坝运行时可能产生的环境问题,并提出防治措施建议;
6、提出堆积坝的堆积方式、速率、堆积高度、运行管理、坝体监测等的建议和增强坝体稳定性的建议。
研究方法:
1、、资料收集:收集现场环境、气象、水文、地质等相关资料,收集与该尾矿坝有关的资料,包括尾矿的原矿类别、初期坝的结构形式、尾矿库的设计参数、沉积滩的分布及其变化情况、堆积坝的变形等等。
2、勘探与取样:勘探手段以钻探、标准贯入试验和静力触探试验为主,并布置适量的探井和探槽。
3、原位测试和试验:通过静力触探试验、圆锥动力触探试验、标准贯入试验、十字板剪切试验、现场直剪试验、波速测试、抽水注水试验和室内物理力学等试验查明尾矿体的力学、分层、水文等参数。
4、稳定性分析:本文采用瑞典圆弧法和简化Bishop法,运用GeoStudio2007软件对尾矿库坝进行渗透和静力稳定性分析,通过建立模型来分析和评价尾矿坝的稳定性。
5、得出结论及提出防治措施和增强坝体稳定性的建议。
本文旨在通过对白岩尾矿库的工程勘察,查明堆积体和坝体的性质和状态,通过数值模拟方法对尾矿坝进行模拟,分析该尾矿坝的稳定性,本文所做的工作和得到的结论主要如下:
1、库区范围内未发现区域性活动断裂、岩溶、滑坡、坍塌、泥石流等不良地质作用。总体看,场地是稳定的。坝体无明显开裂、变形,坝身完整,坝基稳定;堆积子坝坝面设施完善,坡面无冲刷、拉沟现象,坝体排渗条件较好,无渗透变形,目前处于稳定状态。
2、正常和洪水工况下浸润线大致为二次抛物线分布,在初期坝排渗设施正常运行时,溢出点均位于初期坝坝坡部位,没有出现在堆积坝坝坡部位的情况;洪水运行工况下渗流溢出点和浸润线位置比正常运行工况下明显抬高,渗径变短,渗透力变大,发生渗透破坏的可能性增加。
在正常水位运行工况下尾矿库坝最小稳定性系数在1.439~1.785之间,大于规范值1.20;在洪水水位运行工况下尾矿库坝最小安全系数在1.439~1.785之间,大于规范值1.10,即在两种工况下,尾矿坝坝体现状和加高3.5m、7.0m、10.5m后坝体是稳定的。
本文先是根据前期和勘察期间搜集的资料,详细介绍了库区的工程概况、自然地理、区域地质、水文地质条件,然后着重探讨了尾矿的沉积规律和岩土层的物理力学性质,得出了对该尾矿坝稳定性分析非常重要的岩土设计参数,最后运用GeoStudio2007软件,对该尾矿库坝进行了渗流分析和静力稳定性分析。由分析结果可知,加高至十~十二期子坝是可行的。