尾矿坝勘察报告Word下载.docx

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7、《土工试验规程》（YBJ42-92）。

1.2.2勘察目的及任务

本次勘察的主要目的是为尾矿坝加高至350m水平进行分析研究提供依据和有关岩土工程参数。

根据上述规范、规程及有关文件标准，本次勘察工作的具体任务如下：

1、查明碎石、尾矿砂和尾矿土的厚度、性质、颗粒组成、密实程度、堆积规律及其分布，为稳定性分析提供地质岩性剖面；

2、查明尾矿堆积物的密实程度和沉积规律，确定尾矿沉积层和碎石堆积层的状态和相应的物理力学及工程性质，提供稳定分析需要的岩性参数，为尾矿堆积坝继续加高的可行性及设计提供依据；

3、查明地下水的埋藏条件、类型、补排条件和变化规律，提供尾矿砂、尾矿土的渗透系数K等水文地质参数及勘察期间浸润线的位置；

4、判定尾矿砂、尾矿土在地震作用下的液化可能性；

5、安装水平位移、沉降、浸润线观测设备，建立长期观测系统。

1.3勘察工作的方法及完成工作量

1.3.1岩土工程勘察等级

根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001），考虑到尾矿坝的规模和特征，以及由于岩土工程问题造成工程破坏或正常使用的后果，工程重要性等级按一级，考虑到尾矿坝坝体水文地质条件较复杂，场地复杂程度等级按一级，由于尾矿砂、尾矿土等特殊性土的存在，地基复杂程度等级按二级，综合判定本次岩土工程勘察等级为甲级。

1.3.2勘察工作的方法及完成工作量

根据委托任务书要求及现行规范规定，本次勘察在广泛收集分析本场区及其附近已有岩土工程资料的基础上，采用钻探取土、标准贯入试验、超重型动力触探试验、孔压静力触探试验、十字板剪切试验、钻孔注水试验、波速测试、地脉动测试、室内试验分析（包括物理性质试验、固结试验、抗剪强度试验、动三轴试验和共振柱试验）等多种方法综合进行，并设置了长期观测系统。

1、勘察点布置

根据“御驾泉尾矿坝岩土工程勘察委托书”及现行规范、规程规定，结合场地岩土工程条件，本次岩土工程勘察垂直于坝轴线布置3条勘探线，勘探线间距80～140m，勘探点由初期坝向第十期子坝方向按勘探线布置，共布置勘探点18个，其中钻孔13个，钻孔间距10～30m，孔压静力触探试验对比孔3个（距相应钻孔1.00m），十字板剪切试验孔2个（距相应钻孔1.00m）。

勘探点位置由建设单位专业测量人员测放，采用日本产TOPCONGTS-211D型电子全站仪，并立标桩为志，经建设单位确认无误后，方可正式开钻施工。

勘探点坐标采用1954年北京坐标系，孔口标高采用1956年黄海高程系统，基准点高程由建设单位提供。

2、钻探、取土

主要用于查明碎石、尾矿砂和尾矿土的厚度及其分布规律，采取合格土样供室内试验分析，配合进行现场标准贯入试验、超重型动力触探试验、波速测试及钻孔注水试验工作。

勘探点由初期坝向第十期子坝方向按勘探线布置，共布置钻孔13个，其中一般性钻孔7个，控制性钻孔6个，所有钻孔均为取土孔，其中标准贯入试验法液化判定专用钻孔4个，控制性钻孔以达到原自然地面以下1.00m~2.00m作为终孔依据，一般性钻孔以达到原自然地面作为终孔依据。

本工程野外施工利用2台DPP-100-3E型汽车钻机（见图片3），采用筒状合金钻具回转钻进，对上部碎石段采用无水干钻，跟管钻进（见图片4），局部碎石段采用冲击钻进，对尾矿段采用泥浆护壁。

钻孔开孔直径不小于Φ146mm，终孔直径不小于Φ89mm，钻探回次进尺一般为1.00m~1.50m，钻孔垂直度0.5~1%。

采用快速静力压入法取土，取土垂向间距按土层的均匀程度确定，一般1.00m~2.00m，取土器为上海金勘产TB80A型敞口薄壁取土器，废土管长度0.25m，样筒长0.50m，筒径（外径）80mm（见图片5）。

本工程共完成钻探582.30m/18孔，取Ⅰ级土样86筒，取Ⅳ级土样25件。

3、标准贯入试验（SPT）

主要用于评价尾矿砂、尾矿土的密实程度，判定地震作用下尾矿砂、尾矿土产生液化的可能性。

标准贯入试验采用自动脱钩法（见图片6）。

标准贯入试验的垂向间距为1.00～1.50m。

液化判定专用钻孔为K3、K5、K10、K11，对地面下20m深度内的尾粉细砂和尾粉土，从贯入器中采取Ⅳ级土样进行粘粒分析。

本工程于K3、K5、K10、K11钻孔中共进行标准贯入试验55次。

4、超重型动力触探试验（DPT）

主要用于评价碎石的密实程度，判定碎石层的均匀性及其力学性质指标等。

超重型动力触探试验采用自动脱钩法（见图片7）。

试验时连续贯入。

本工程于K3、K4、K5、K10、K11钻孔中共进行超重型动力触探试验29.10m。

5、孔压静力触探试验（CPTU）

主要用于配合钻孔对尾矿进行力学分层，确定从钻孔中采取原状土样的深度，测定尾矿砂、尾矿土的锥尖阻力qc、侧壁摩阻力fs和贯入时的超孔隙水压力u，为分析尾矿砂、尾矿土的均匀性、密实度等提供依据。

孔压静力触探试验与钻探对比施工，与相应钻孔间距控制在1.00m以内，对上部碎石段采用套管护壁，试验自碎石层底面开始，采用浙江温岭南光地质仪器厂生产的WSY型孔压静力触探仪（见图片8），锥头截面积10cm2，滤水器位于锥头后的圆柱面上（见图片9）。

本工程于T1、T3、T5钻孔中共进行孔压静力触探试验

51.40m，孔压消散点16点。

6、十字板剪切试验（VST）

主要用于现场测定并计算饱和尾粘土的不排水抗剪强度Cu、重塑土的不排水抗剪强度Cu′及土的灵敏度St等指标，绘制土的不排水抗剪强度Cu和灵敏度St随深度的变化曲线，判定饱和尾粘土的固结历史等。

十字板剪切试验与钻探对比施工，与相应钻孔间距控制在1.00m以内，对上部碎石段采用套管护壁，试验自碎石层底面开始，采用浙江温岭南光地质仪器厂生产的WS-K型贯入式电测十字板剪切仪，十字板为矩形，高径比为2，板厚2mm（见图片10），十字板剪切试验点的位置根据地层确定。

本工程于T2、T4钻孔中共进行十字板剪切试验10点。

7、钻孔注水试验（IT）

主要用于查明坝体尾矿砂、尾矿土的渗透性，测定尾矿砂、尾矿土的综合渗透系数K等水文地质参数。

注水试验在钻孔内进行。

在稳定时间段内，单孔稳定延续时间不小于4h。

本工程于K3、K5、K10钻孔中共进行钻孔注水试验3次。

8、波速测试

主要用于测定场地土的纵波速Vp、横波速Vs，计算场地土的等效剪切波速Vse、动剪切模量Gd、动弹性模量Ed及动泊松比μd等，划分建筑场地类别，提供用于抗震设计的地基土的动力参数。

波速试验采用单孔检层法（见图片11），垂向试验点间距为2.00m，并提供各岩土层的纵横波速值Vp、Vs、相应的动力参数（动剪切模量Gd、动弹性模量Ed和动泊松比μd等）及相关图表。

本工程于K3、K9、K13钻孔中共进行波速测试45点次。

9、地脉动测试

主要用于确定场地的脉动卓越周期，为抗震设计提供依据。

测试点位在场地中均匀布置，测定X、Y、Z三个方向的地面振动周期。

为减少噪音对测试数据的影响，地脉动测试安排在夜间11：

00～1：

00之间进行。

本工程于K1、K8、K11钻孔附近共进行地脉动测试3点次。

10、室内试验

为了全面评价尾矿砂、尾矿土的工程性质，对尾矿砂试样提供颗粒分析、密度ρ、比重GS、天然含水量ω、饱和度Sr、孔隙比e、渗透系数K、休止角Φ（水上及水下）等指标；

对尾矿土试样提供密度ρ、天然含水量ω、比重GS、饱和度Sr、孔隙比e、渗透系数K、液限ωl、塑限ωp、塑性指数Ip、液性指数Il、直剪抗剪强度指标C、Φ（快剪和固结快剪）、三轴剪切试验指标C、Φ（不固结不排水、固结不排水及固结排水剪）、固结系数Cv、先期固结压力Pc等指标。

按邓肯—张应力应变非线性弹性模型，进行三轴固结排水剪试验时，提供弹性模量E和泊松比μ。

本工程共计完成静三轴试验（包括不固结不排水、固结不排水及固结排水）10组。

对进行动三轴和共振柱试验的土样，主要测定等效振动周次下潜在破坏面上的地震总应力抗剪强度与初始有效法向应力的关系，初始应力条件下轴向总应变与振次关系，最大动剪模量与平均有效主应力的关系、动剪模量与动剪应变幅的关系以及阻尼比与动剪应变幅的关系等。

本工程共计完成动三轴试验和共振柱试验各4组。

本次勘察的静三轴试验、动三轴试验和共振柱试验均委托中国水利水电科学研究院岩土所完成。

对在标贯器中采取的Ⅳ级土样进行粘粒（≤0.005mm）分析。

本工程共计完成粘粒分析试验25组。

另外，为了现场观测碎石的密实度，测定其天然密度，了解坝体下游粉质粘土的物理力学性质，本次勘察沿剖面线方向，分别于坝体上部的碎石层和坝体下游的粉质粘土中施工探坑各3个，总深度6.80m，大容积法测量碎石天然密度3次，于坝体下游的粉质粘土中

取探井土样4件。

为尽量减少试样在运输过程中的扰动影响，本次勘察过程中在现场设立了土工试验室（见图片12），完成土的常规物理力学项目的试验。

对需进行特殊项目试验的土样现场用塑料样盖严格密封，并用胶带固定，在运输过程中采用专用土样箱，箱底及四周放置海棉垫层，以减轻振动时对土样造成的扰动。

11、长期观测系统的设置

主要包括浸润线观测系统和位移与变形观测系统。

浸润线观测系统主要用来观测浸润线的位置，了解浸润线的变化规律，为渗流分析提供依据。

本次勘察共设置了6个（K1、K3、K7、K9、K11、K13）观测孔，其中五期子坝上1个，七期子坝上2个，十期子坝上3个。

观测管采用Φ60mm铁管，管外加喷防锈漆，长度以达到含水层底面下3.00～4.00m，下端设置3.00m沉淀管，上端可逐渐接高，观测管的透水管段用土工布包扎以防滤料进入观测管（见图片13），透水管外用中粗砂作滤料充填，管口加盖护帽以防落物堵塞。

位移与变形观测系统主要用来监测坝体的变形情况，从而掌握坝的使用状态。

位移观测系统是在坝体上设置观测桩点6个，其中五期子坝上2个，七期子坝上2个，十期子坝上2个。

该项工作委托鲁中冶金矿业集团公司技术处完成。

勘察点主要数据详见附表1。

野外施工自2003年3月28日开始，至2003年5月5日结束。

勘察报告于2003年8月22日提交。

第2章自然地理与气候气象

2.1自然地理

莱芜市位于山东中部，泰山东麓。

东邻淄博市，西、南靠泰安市，北依济南市。

辖莱城、钢城2区，面积2239平方公里，人口121万人。

市区地理坐标为东经117º

19´

～117º

58´

，北纬36º

02´

～36º

33´

。

莱芜市地势由东向西倾斜，北、东、南三面又向盆地中部倾斜，自然资源以铁、铜、金、铅、煤、铝土为主，境内主要河流为汶河、淄河，铁路有磁莱线、泰辛线，公路主要有泰莱、莱博等路线，并形成了“三纵四横”的公路网络。

场地位于莱芜市张家洼镇，交通便利。

2.2气候气象

莱芜市属暖温带大陆性湿润、半湿润季风气候，光照充足，四季分明。

春季干旱多风，夏季高温多雨，秋季天高气爽，冬季干冷少雪。

年平均气温12.5℃，极端最低气温-22.5℃，出现于1957年2月11日，极端最高气温39.2℃，出现于1967年6月6日。

初霜一般在10月21日，终霜多在翌年4月7日，无霜期平均196天，全年日照2629.2小时，日照率59%，总年辐射量124.01千卡/厘米2。

降水量多年平均760.9毫米，1964年最多，为1369.6毫米，1981年最小为442毫米，日降水量最大168.8毫米，出现于1975年9月1日。

风向主要为东北~西南，风速年平均2.2米/秒，七月份最大，为3.1米/秒，九、十月份最小，为1.6米/秒，瞬时最大为40米/秒，出现于1978年6月30日。

最大冻土深度0.50m。

第3章地形地貌与地质构造

3.1地形地貌

XX尾矿坝位于山东省莱芜市张家洼镇御驾泉村村北，御驾泉尾矿库三面环山，其东侧为凤凰山，南侧为秦皇寨山，北侧为秃尼子山，海拔250～450m，相对标高200m，属低山丘陵区，

坝址区地层主要由泰山群变质岩系和寒武系地层构成。

南部混合花岗岩分布区，沟谷发育，呈垅岗状低缓丘陵区。

中部为易风化破碎的页岩所组成并零散分布的松散堆积物，沿岩层走向发育一条主干沟谷。

北侧冲沟呈不对称展布构成山间谷地。

北部及中部为砂岩及灰岩呈单斜岩层所构成的单面山景观（见图片14）。

本区第四系松散堆积物厚度较薄且零散分布。

总的来说，本区属新构造运动缓慢上升地区。

3.2地质构造

3.2.1地层

泰山群变质岩系与寒武系地层呈不整合接触（见图片15），寒武系地层产状平缓，总体走向略呈东西向，倾向北北东，产状NE10°

～15°

呈层状分布，构成单斜岩层，在谷地中零散分布着残坡积~坡洪积的第四系堆积物。

坝址区从老到新主要地层如下：

泰山群变质岩系Art:

混合花岗岩（见图片16）。

寒武系下统馒头组€1M:

下部为青灰色含燧石结核中厚层灰岩及含方解石条带泥质灰岩（见图片17）。

中部为杂色云母页岩（见图片18）与泥质灰岩互层。

顶部为鲜红色砂质云母页岩（见图片19）为主，厚度110m。

寒武系下统毛庄组€2MZ:

暗紫色砂质云母页岩为主，中间夹二层中厚层鲕状灰岩，厚度65m。

寒武系中统徐庄组€2X:

交错层发育的黄褐色厚层细砂岩（见图片20）为主，夹黄绿色页岩，顶部有一层0.50m厚的铁质砂岩，厚度30m。

寒武系中统张夏组一段€2Z1:

厚层含海绿石鲕状灰岩夹黄绿色页岩，厚度40m。

寒武系中统张夏组二段€2Z2:

黄绿色页岩

（见图片21）为主夹数层中厚层灰岩及结核状灰岩，厚度92m。

寒武系中统张夏组三段€2Z3:

数层中厚层灰岩夹黄绿色页岩，厚度32m。

第四系Q:

残坡~坡洪积含砾石砂质粘土，厚度0～15m。

3.2.2构造

本区位于泰安—口镇、泰安—大王庄—铜冶店两条弧形断裂带，即“莱芜弧”由北西往南东延伸的断裂带之间，岩层产状为平缓倾斜的单斜构造。

弧形断裂是莱芜盆地最为强烈的压扭性断裂，沿断裂强烈的挤压破碎现象明显。

经历多次活动，扭动方向也比较复杂，同一条断裂有不同方向的扭动，而且两条断裂的活动方向也不尽相同。

弧形断裂活动是多期的，最早可能发生在古生代，白垩纪时期活动强烈，第三纪仍继续强烈活动，盆地大幅度下降，沉积了巨厚的第三系。

第四纪以来仍有活动。

燕山期火成岩活动以角闪闪长斑岩脉沿层面顺层侵入，活动范围有限（见附图1）。

本区构造简单以断裂为主，断裂主要受莱芜弧形压扭性断裂的控制，均属俯冲断层，规模均较小，为非全新活动断层。

第4章坝区岩土工程条件

4.1坝体的材料组成及其一般沉积规律

4.1.1坝体的材料组成

XX尾矿坝采用上游法筑坝，初期坝为滤水堆石坝（透水坝），主要由碎石、块石组成，母岩成分为石灰岩、中风化蚀变闪长岩和蚀变闪长玢岩以及矽卡岩等。

各期子坝主要由来自采矿厂的碎石和尾矿砂、尾矿土组成。

4.1.2尾矿的一般沉积规律

坝体尾矿砂、尾矿土的沉积规律主要受放矿压力、放矿量、放矿浓度、放矿地点、放矿时间、放矿地形坡度以及原有地形等多种因素影响。

放矿初期，由于放矿压力、放矿量和放矿坡度均较大，矿液在沿坡面向前流动过程中，尾矿逐渐沉积下来，在水平方向上随着流程的增大尾矿颗粒逐渐由粗变细，一般靠近初期坝的沉积物以粗颗粒为主，主要是尾粉细砂，然后逐渐向库区渐变为细粒的尾粉土、尾粉质粘土和尾粘土。

在垂直方向上，随着坝体的逐渐加高，目前已堆至第十期子坝，放矿地点不断变化，放矿时间具有间歇性，放矿量、放矿浓度、放矿压力等均不固定，尾矿在沉积过程中也表现出明显的间歇特征，即夹薄层较多，层理明显，一般随着深度的增加，尾矿逐渐由颗粒较粗的尾粉细砂渐变为细颗粒的尾粉土、尾粘土。

总之，尾矿的沉积规律可以归纳为：

水平方向上随着距放矿位置的由近及远以及垂直方向上随着深度的增加，尾矿由颗粒较粗的尾粉细砂渐变为细颗粒的尾粉土和尾粘土。

但由于放矿时间的间歇性等多种因素，因此出现了较多夹层或透镜体。

4.2坝体碎石的物理力学性质

XX尾矿坝初期坝为碎石堆积坝，碎石来源于采矿厂的废石，母岩成分为闪长岩、蚀变闪长岩、蚀变闪长玢岩、矽卡岩及少量红板岩。

红板岩风化程度较强烈，多已风化崩解，手捏即碎，其风化物充填于碎石之间，闪长岩多为中风化，少量强风化，大于2cm的颗粒含量约50～70%，颗粒直径一般3～30cm，最大可达80cm以上，以棱角～次棱角状为主，呈松散～稍密状，钻孔孔壁易坍塌掉块，颗粒级配不良，分选性较差，颗粒排列基本无规律，充填少量粘性土和粉细砂。

为了确定该层土的密实程度，本次勘察于4个钻孔中共进行超重型动力触探试验29.10m，试验结果如下表。

表1超重型动力触探试验结果

试验次数

实测平均值（击）

实测标准值（击）

修正平均值（击）

修正标准值（击）

291

2.9

2.7

2.0

1.9

为了确定该层土的重度，于该层中挖探井3.00m/3个（S2、S4、S6），并进行重度测定，结果如下表。

为了确定该层土的天然坡角，于有代表性的地点进行现场天然坡角测量6次，结果如下表。

表2碎石的重度和天然坡角

指标

次数

平均值

1

2

3

4

5

6

重度γ（kN/m3）

21.95

18.98

20.82

20.58

天然坡角Φ（º

）

34.0

38.0

36.0

35.0

39.0

40.0

37.0

根据上表结果，建议碎石层的重度γ取20.58kN/m3，粘聚力C取0.0kPa，内摩擦角Φ取37.0º

4.3坝体尾矿的物理力学性质

4.3.1地层描述

本次勘察尾矿砂、尾矿土的分类依据《土工试验方法标准》（GB/T50123-1999）,并参考了《上游法尾矿堆积坝工程地质勘察规程》（YBJ11-86）。

根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）和本次钻探结果，结合室内土工试验和原位测试结果，本区尾矿砂、尾矿土主要有尾粉细砂、尾粉土、尾粉质粘土和尾粘土，现分述如下。

1、尾粉细砂（Q4ml）

黄褐色，稍密，饱和。

颗粒级配良好，分选性较差，呈次棱角～亚圆状，主要矿物成分为长石、石英、角闪石和云母等，局部具微层理，可见粘性土夹层，偶见碎石。

具中等压缩性。

主要分布于初期坝的碎石层底部，厚度不均，层底标高不稳定。

2、尾粉土（Q4ml）

褐～黄褐色，中密，很湿。

土质不甚均匀，具微层理，局部夹薄层粘性土或粉细砂。

摇振反应中等，无光泽反应，干强度低，韧性低。

主要分布于尾粉细砂层底部，厚度不均，层底标高不稳定。

3、尾粉质粘土（Q4ml）

褐～红褐色，可塑，局部软塑。

土质不甚均匀，具微层理，局部夹薄层粉土或粉细砂。

无摇振反应，土芯切面稍光滑，干强度中等，

韧性中等。

具中等偏高压缩性。

主要分布于尾粉土层底部，厚度不均，层底标高不稳定。

4、尾粘土（Q4ml）

褐～红褐色，可塑，局部软塑。

无摇振反应，土芯切面光滑，干强度高，韧性高。

主要分布于尾粉质粘土层底部，混合花岗岩上部，厚度不均，层底标高不稳定。

4.3.2现场室内土工试验

1、物理性质试验

为了减少土样在取样、包装、运输过程中的扰动，本次勘察施工采用DPP-100-3E型汽车钻，利用快速静力压入法取土，取土器为上海金欧生产的TB80A型敞口薄壁取土器，并在现场设立室内土工试验室，对80件土样进行了物理力学性质常规试验，其中液限采用76g圆锥液限仪下沉10mm所对应的含水量，塑限采用搓条法，含水量试验采用烘干法，重度试验采用环刀法。

试验结果如下表。

表3尾矿砂、尾矿土物理性质试验指标平均值

物理性质

岩土名称

重度

γ（kN/m3）

干重度

γd（kN/m3）

含水量

（%）

孔隙比e0

饱和度Sr

液限Wl

塑性指数

Ip

液性指数

Il

尾粉细砂

20.20

16.40

21.9

0.600

99.0

—

尾粉土

20.50

16.60

24.7

0.602

26.2

8.0

尾粉质粘土

20.00

15.80

27.8

0.694

100.0

34.1

13.2

0.52

尾粘土

19.60

14.80

33.1

0.815

42.2

18.3

0.50

2、抗剪强度试验

（1）直接剪切试验

直接剪切试验包括快剪和固结快剪，采用仪器为ZJY-2型等应变直剪仪。

土样直径61.8mm，高20mm。

表4尾矿砂、尾矿土直接剪切试验指标平均值

试验方法

快剪（q）

固结快剪（cq）

粘聚力C（kPa）

内摩擦角ф（º

7.0

34.7

3.0

35.3

25.0

26.7

64.0

24.6

87.0

16.3

85.0

21.5

107.0

19.6

118.0

19.3

（2）三轴剪切试验

三轴剪切试验包括不固结不排水剪（UU）、固结不排水剪（CU）和固结排水剪（CD），采用的仪器为英国ELE公司生产的应变控制式三轴仪。

该项工作委托中国水利水电科学研究院岩土所完成。

根据试验报告，试验结果如下。

表5尾矿砂、尾矿土三轴剪切试验指标

试验结果

不固结不排水（UU）

固结不排水（CU）

固结排水（CD）

粘聚力

C

（kPa）

内摩擦角Ф

（º