蓬莱市大柳行金矿土屋村尾矿库.docx
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蓬莱市大柳行金矿土屋村尾矿库
第一章绪言
一、工程概况
烟台市远州建筑设计有限公司,受蓬莱市大柳行金矿的委托,对拟建的蓬莱市大柳行金矿土屋尾矿库进行岩土工程详细勘察工作。
拟建蓬莱市大柳行金矿土屋尾矿库址位于蓬莱市大柳行镇土屋村西的沟谷内，沟谷近东西向，初期坝位于原小水库堤坝处，为沟谷型尾矿库。
拟建尾矿库包括初期坝、后期坝，排水系统等组成。
尾矿库初期坝采用土石料堆筑，坝型为碾压土石坝；
后期坝采用上游式堆筑；
排水系统采用排水斜槽-排水涵管的排泄方式；
矿浆排入尾矿库后。
尾矿水经自净澄清，通过斜槽、涵管流到坝后回水池。
初期坝标高为137m，坝轴线处最大坝高为14.0m，初期设计总库容17.82万m3，有效库容14.25万m3，设计后期坝总坝标高170m，总坝高为47.0m。
终期总库容224.55万m3，有效库容179.64万m3。
按照500t/d，年排尾量12.06万立方米计算，终期服务14.9年。
二、勘察目的、任务
本次勘察阶段为详细勘察。
根据设计单位提出的“岩土工程勘察委托任务书”，并结合有关规范，确定本次勘察目的任务如下：
提出详细的岩土工程资料和设计施工等所需的岩土技术参数，并对尾矿库及四周作出岩土工程分析评价，为尾矿库体设计、渗透处理、不良地质现象的防治等提出结论和建议。
勘查要求：
1、查明库区工程地质条件、水文地质条件及环境地质条件，并作出准确合理的评价，为工程设计提供准确、可靠的依据。
2、查明拟建尾矿库范围内各层岩土的类型、结构、厚度、坡度等相关物理参数及工程特性，分析和评价地基的稳定性、均匀性和承载力，选择适宜的基础持力层。
3、查明初期坝及库区排水系统地基的各岩土层的性质，分析评价地基的稳定性、均匀性。
提出防治和处理措施的建议，预测工程建筑后所引起的稳定性变化。
4、确定场地土类型及建筑场地类别，收集本地区的区域构造地质资料，为工程设计提供依据。
5、库区内有无液化土层，如果存在，需确定其液化指数，划分场地液化等级。
6、查明库区内有无湿陷性土，如果存在，确定湿陷性类型及湿陷起始压力。
7、提供场地土的最大冻结深度。
8、查明库区有无溶洞分布，人工洞穴及泉孔，有无滑坡、崩坍等不良地质作用发育情况，查明不良地质作用的类型、成因、性质、分布范围、发展趋势及危害程度，并提出评价与整治所需的岩土技术参数和整治方案的建议。
9、查明地下水的埋藏条件、类型及其变化幅度，判断地下水和土对建筑材料的腐蚀性。
10、提供场地抗震设防烈度，分析判定可能的地震效应。
11、对基础类型、地基处理等提出建议，并给出必要的设计参数。
12、查明库区地下、周边有无井巷工程、采空区分布情况，有无尾矿浆可能进入井下采空区的通道（断层破碎带等），并查明库区与井下最短距离，确定是否对尾矿库完全运行构成威胁；
13、对存在的问题提出防治建议。
尾矿库工程地质与水文地质勘察应符合有关法规要求，查明影响尾矿库及各构筑物稳定性的不利因素，提出改进工程措施（不良地质条件的治理措施）为稳定性评价提供依据。
三、勘察执行的技术标准和依据：
根据该工程性质本次勘察执行的技术标准和依据
1《岩土工程勘察规范》GB20021-2001（2009年版）
2《上游法尾矿堆积坝工程地质勘察规程》YBJ11-86
3《尾矿堆积坝岩土工程技术规范》（GB50547-2010）
4《尾矿库安全技术规程》AQ2005-2006
5《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001
6《建筑抗震设计规范》GB50011-2010
7《建筑工程地质钻探技术标准》JGJ87-92
8《土工试验方法标准》GB/T50123-1999
9《工程测量规范》（GBJ26-90）
10《岩土工程勘察报告编制标准》CECS99：
98
四、岩土工程勘察等级
该尾矿库设计全库容224.55万m3,总坝高47.0m，按《选矿厂尾矿设施设计规范》（ZBJ1-90）表2.0.4尾矿库等级划分规定，该尾矿库属四等库，尾矿库堆积坝级别为4级。
根据该尾矿库等别，按《尾矿堆积坝岩土工程技术规范》（GB50547-2010），确定该尾矿库的堆积坝勘察等级为乙级。
五、勘察手段
针对该场地岩土工程勘察等级，按设计与规范要求，本次勘察采用了钻探、原位测试、野外渗水试验、工程测量（坐标定位、高程测量）等综合勘察方法和手段开展工作，以便相互对比、验证。
并且对野外采取的原始资料进行室内综合分析、整理，以加强研究程度，提高勘察精度，确保工程质量。
1、钻探：
1.1、钻探点的布置原则
本次岩土工程勘察勘探孔位置由我公司依据《岩土工程勘察规范》（GB50021—2011）（2009年版）相关规定布设，沿垂直于拟建尾矿库坝轴线方向布置3条勘探线，布置钻孔11个，沿原水库坝布置3个钻孔，沿尾矿坝两侧布置钻孔4个，共布置钻孔18个，设计钻孔间距48.3～166.3m，其中控制孔10个，一般孔8个。
钻探孔深度：
控制性钻孔深度进入中风化花岗岩7米左右。
一般性钻孔深度进入中风化花岗岩3米左右。
1.2、钻探方法
钻探的目的是揭露场区内的地层、岩性、厚度及其变化规律，测定岩土的物理力学性质及渗透性，揭示场区的地质构造和水文地质特征等。
鉴于勘探孔性质、设计深度和钻探目的的不同，本次钻探选用了两台xy-100型号2型工程钻机，采用回转钻进方法。
钻孔口径为Ф=108mm、Ф=91mm两种。
选用合金与金刚石钻头，以泥浆作循环液。
对于第四系浅孔均采用多回次小进尺的钻进工艺，以提高岩芯采取率，准确划分层位和进行原位测试及取样。
1.3、岩芯采取
钻探过程中，由技术人员于现场进行质量控制，岩芯取出后及时用钢尺丈量，填好岩芯牌，并由技术人员进行现场编录。
对控制性钻孔都要将岩芯按设计要求装箱备查。
对回次进尺及孔深的控制，均采用钻杆实测法，实行多回次、少进尺的钻进方法，回转钻回次进尺一般为1.00~1.50m，并且回次进尺不超过岩芯管长度。
2、原位测试
标准贯入试验（SPT）
为了获取场地土的力学性质，划分风化类型、评价地基土的强度和承载力及场地抗震评价，本工程共进行了18个孔的标准贯入试验，试验段主要为强风化层。
与钻探配合进行，先钻到预定层位（深度），清孔后换用标贯器，并量得深度尺寸。
以每分钟15~30击的贯入速率将标贯器打入试验土层中，连续贯入30cm，记录锤击数。
当累计击数已达50击,而贯入度未达30cm,应停止试验,记录实际贯入度Δs及累计锤击数n。
按下式计算贯入30cm,的锤击数N=30n/Δs。
重型
（2）动力触探测试
试验段主要为第四系填土层。
采用导向杆变径自动脱钩自由落锤（锤重63.5kg）锤击法,在测试地层中连续测试，记录每打入10cm锤击数。
目的：
评定填土层的均匀性和密实度，确定各岩土承载力。
3、野外水文试验
试验目的是求取原水库坝及强风化花岗岩的垂直渗透系数。
采用双环法，在原水库坝处进行3组地面渗水试验，在库区出露强风化花岗岩进行6组地面渗水试验。
外环直径为0.5米,内环直径为0.25米,试验时同时向内外环中注水,用自制水位测量控制计来控制内外环中的水柱高度,使其始终保持一致,以保证内外环中的水只产生垂向渗入,排除了侧向渗流所造成的误差,试验中始终均匀连续加水,每次加水量均用量筒量测,精度至毫升,记录频次由开始时和每5分钟,逐渐延长为每30分钟1次,一般连续进行24小时以上,其中稳定段时间都大于6小时,从而保证了试验结果的精确.
每组渗水的历时时间均不少于24小时,其中稳定时间不小于6小时,根据试验获得的稳定注水量（Q）按下式计算试验层位的渗透系数（K）.
QL
K=-----------
F（Hk+Z+L）
式中：
Q-稳定渗水量（ml/s）
F--内环渗水面积（cm2）
Z--内环中水层高度（cm）
Hk-----毛细力水头（cm）
L---试验结束时水的渗入深度（cm）
4、工程测量：
测量仪器采用NTS-350型南方全站仪定位。
采用1954年北京坐标系以及1956年黄海高程系统。
对本次所有勘探点进行测量放点，勘探点测放精度为：
孔位误差均小于0.25m，孔口高程误差均小于5cm，都满足规范及设计精度要求。
六、完成的实际工作量
本次勘察工作，外业勘察工作于2011年8月25日开始进行野外钻探施工，至8月27日全部完成野外钻探并转入室内资料整理与报告编制阶段。
本次勘察共完成勘探点18个，本次勘察所完成的实物工作量详见表1。
实际工作量表1
工作阶段
工作内容
分项名称
单位
累计工作量
野外
钻探
钻探进尺
米/孔
158.90/18
原位测试
标贯测试
次/孔
18/18
重型
（2）动力触探进尺
米
2.40
野外水文
试验
渗水试验
小时/组
120/9
室内试验
原状土样
物理力学性质试验
件
3
岩样
饱和单轴抗压强度
组
6
工程测量
勘探点定位
点
18
高程测量
点
18
第二章、库区自然地理条件
一、位置交通及地形地貌
1、位置交通
该拟建尾矿库位于蓬莱市大柳行金矿南土屋村西山谷间较大的近东西向冲沟中，初级坝坝址在现存一小型水库坝基处。
在库区东部约1km处为土屋村，东部1.2km处有一条村间公路，北部3.5km处为穿过大柳行镇的省道S302,北部4.5km处为荣乌高速G18。
拟建尾矿库其内交通方便，勘察施工甚为方便。
2、地形地貌
拟建库区场地区域地貌大的地貌单元属于低山丘陵，库区位于大的微地貌单元山间冲沟沟谷内，库区北部、西部、南部低山环绕，沟谷近东西向，尾矿库周围海拔高度在117-222米之间。
二、气象及水文地质
场地地处华北暖温带半湿润区，属大陆性季风气候。
春夏秋冬，四季分明，干湿、寒暑显著。
春季干燥少雨，大风多，冷暖无常；夏季炎热多雨，间有干旱；秋季一般天高气爽，但冷空气日趋活跃，暖空气势力渐退，主风向由南转北，气温迅速下降；冬季干冷，雨雪稀少。
夏多偏南风，雨热同季，冬多偏北风，呈明显的大陆性和季风性气候特征。
年平均气温为11.8℃，年平均降水量为637mm；雨季一般始于6月下旬，到9月上旬结束，6~9月份的降水量约占全年降水量的75%，其特点是雨量集中且多暴雨。
多年最大冻土厚度为0.50m，基本风压为0.5KPa,基本雪压为0.3KPa.
区内水系不甚发育，区内地形起伏大，坡度陡，有利于地表水的径流排泄。
大气降水多顺冲沟排泄，仅有少量渗入地下。
库区地下水类型主要为基岩风化裂隙水，主要赋存于花岗岩风化裂隙中，赋水性较差，水位埋深受地形控制，沟谷处在丰水期间有流水，地下水以地表水体形式出露。
地下水水位变化主要受大气降水影响，呈季节性变化，年变幅1.0m。
雨季时水位上升，平水期水位下降，枯水期最低。
综上所述，矿区内地下水主要赋存于基岩风化层中，赋水性较弱，渗透性差，受气候影响明显，地表径流条件良好。
三、库区区域地质条件
1、地层
根据区域地质资料表明：
该区表层大部分为第四系人工堆积土层覆盖，一般为粘性土、中粗砂层，含大量风化碎石，主要分布在山区四周坡积群、沟底及坡谷处，厚度不均。
其下为基岩为中生代花岗岩，岩性为中粗粒花岗岩,其颜色为灰白色，中粗粒结构,弱片麻状及块状构造,主要有斜长石（39%）、钾长石（24%）、石英（31%）、黑云母（4%）等组成。
脉岩主要有石英闪长玢岩、云斜煌斑岩和花岗伟晶岩脉等。
2、区域地质构造及地震
区域地质构造
勘查区位于华北板块胶北地块的胶北隆起区，栖霞复背斜北翼，临沭断裂带东侧。
库区邻近地质构造
该区断裂构造发育，位于大柳行-虎路线断裂中段东侧，北北东向断裂构造是区内主要控矿构造。
大柳行-虎路线断裂为该区主要断裂构造，区内长为700米，宽0.4-2.0米，发育于郭家岭超单元组粒含角闪二长花岗岩中。
走向10-40°,倾向南东，倾角72-82°，构造带在中部由10°方位转化为40°方位，走向变化较大。
北段以碎裂岩为主，且破碎带明显变宽。
该断裂是左行压扭和右行张扭共同作用产物。
北西向断裂构造：
主要分布在库区北部和东部，切割矿化蚀变带和石英闪长玢岩等脉岩，显示右行或左行张扭性，宽度一般在0.5米左右。
近东西向断裂构造：
主要分布在库区北部，走向70-85°，倾向南东，倾角65-69°，为煌斑岩脉填充。
这三条断裂带的构造运动是造成本区地震的重要构造因素，它们控制本区的地震活动，构成了地震活动带，
根据本次勘察期间地质调查表明:
库区场地内无断层活动迹象，故可认定库区场地为构造稳定场地。
地震
蓬莱市主要构造体系为新华夏系断裂构造,无大的发震构造.据历史记载:
1969年7月18日渤海7.4级地震、1975年2月8日辽宁海城7.3级地震和1976年7月28日唐山7.8级地震，蓬莱均有震感。
近期2007年7月10日蓬莱市发生ML4.5级地震，宏观震中位于大柳行镇、峰山朱家村到东流院村一带，烈度V度。
从区域地质构造及历史地震资料分析，蓬莱市境内历史上未发生过破坏性地震，境内发生强烈地震的可能性很少。
根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）规定,蓬莱市所属的设计地震分组为第二组,抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度为0.15g。
第三章、库区工程地质条件
一、场地地层结构及物理力学性质指标
根据钻孔资料，场区地层结构比较简单，在勘探深度内，岩土层可分2层：
①素填土层（Q4ml）、②花岗岩层（r51）。
现自上而下分述如下：
①素填土层（Q4ml）
黄褐色，松散～稍密（原水库坝处素填土层较厚，且为稍密状态），稍湿～饱和，主要成分为粘性土，含大量的风化碎石。
该层场区普遍分布，厚度:
0.20～3.50m,平均0.59m;层底标高:
119.52～170.18m,平均146.26m;层底埋深:
0.20～3.50m,平均0.59m。
该层位于表层，结构松散，物理力学性质较差。
在该层进行重型动力触探1孔，锤击数修正值为4.8-9.0击，平均值为7.1击。
在原水库坝体处取3件粘性素填土样，其岩土力学性质指标见下表表2：
粉质粘土层的主要物理力学性质指标表3
岩土名称
项目
n
Xmax
Xmin
Xm
σ
δ
粉质粘土
w
3
23.2
21.5
22.4
0.9
0.04
γ
3
19.0
18.7
18.9
0.2
0.01
e0
3
0.730
0.716
0.725
0.007
0.01
wl
3
28.4
26.6
27.7
0.9
0.03
wp
3
15.4
14.2
14.7
0.6
0.04
Ip
3
13.8
12.1
13.0
0.9
0.07
Il
3
0.60
0.58
0.59
0.01
0.02
c
3
32.0
28.0
30.3
2.1
0.07
φ
3
19.0
15.5
17.3
1.8
0.10
a1-2
3
0.29
0.28
0.28
0.01
0.02
Es
3
6.31
6.08
6.22
0.12
0.02
②花岗岩层（r51）
该层为场区基岩，属中生代混合岩化形成的产物。
在勘察深度范围内该层可划分为二亚层,即强风化花岗岩层（r51）②-1、中风化花岗岩层（r51）②-2。
②-1强风化花岗岩层（r51）
该层揭露厚度:
2.80～3.00m,平均2.97m;层底标高:
116.52～167.18m,平均143.29m;层底埋深:
3.00～6.50m,平均3.56m。
黄褐色,结构大部分破坏，矿物成份显著变化,其中长石多已表部土化,多呈浅黄色,暗色矿物甚少,风化裂隙很发育,部分钻孔揭露岩芯呈块状,轻微锤击易碎。
岩石坚硬程度类别为软岩,岩体完整程度为破碎,岩体基本质量等级为Ⅴ级。
在该层进行标贯测试18次，实测锤击数范围值为102.0-112.0击，平均105.9击，标准值为104.7击。
结合当地经验，综合确定地基承载力标准值fk=600kPa。
是良好的坝基持力层。
根据勘察、结合地区经验，建议岩土力学参数取值见下表2
岩土力学参数设计值表2
岩土
容重
（kN/m3）
饱和容重（kN/m3）
抗剪强度设计值
粘聚力C（kpa）
内摩擦角φ（度）
强风化花岗岩
21
22
55
35
②-2中风化花岗岩层（r51）
灰白色,粗粒结构,块状构造,主要成份为长石、石英、其次为黑云母及角闪石等。
岩体结构部分破坏,沿节理面有次生矿物,风化裂隙较发育,长石边缘部分高岭土化锤击声脆,不易击碎,岩芯呈柱状,岩芯采取率为88-90%,RQD=51-55,岩石坚硬程度等级为较软岩,岩体完整程度为较破碎,岩体基本质量等级为Ⅳ级。
本次勘探，该层未穿透。
在中等风化花岗岩层采取6组岩样，进行了岩石饱和单轴抗压强度试验，其结果进行数理统计见下表表3。
岩石的饱和单轴抗压强度指标统计结果表表3
岩石名称
层号
n
Xmax
Xmin
Xm
σ
δ
Xk
中风化花岗岩
-2
6
27.5
26.5
27.1
0.484
0.018
26.1
二、库区水文地质条件
1、地表水
勘察期间经过对库区的踏勘，在拟建尾矿库区内均无地表水，仅在拟建初级坝位置处存在一小型水库，该水库水面标高为123.8米左右，原水库坝体、坝底部均无渗水点。
2、地下水
、地下水的类型及赋存条件
根据钻探揭露表明，勘察期间，场地在勘察深度范围内，仅在原水库周边钻孔ZK3中有地下水，其他钻孔均未见地下水。
本区地下水类型为潜水，含水层为素填土层
，初见水位1.10m，初见水位标高为123.75m，稳定水位1.10m，稳定水位标高123.75m。
、地下水的来源、补给及排泄
本区地下水来源主要为水库渗水及大气降水补给，排泄方式主要为蒸发及含水层之间的侧向径流。
、地下水的腐蚀性评价
根据本次勘察取得2件水试样（试样编号依次为1#、2#）进行了水质简分析，分析结果详见附件《水质分析报告》，
根据水质分析结果可知，按《岩土工程勘察规范》GB50021-2001中第12.2.1～12.2.5条关于地下水对建筑材料的腐蚀性评价之规定，库区水对建筑材料的腐蚀性评价结果见表4
水对建筑材料的腐蚀性评价结果表4
场地环境类型
Ⅱ类
水对混凝土结构的腐蚀等级
弱腐蚀
水对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀等级
长期浸水
弱腐蚀
干湿交替
弱腐蚀
水对钢筋结构或钢管道的腐蚀等级
弱腐蚀
3、各岩土层的渗透性
本次勘察对原水库坝压实粘性素填土及强风化花岗岩进行野外注水试验，求取各土层的渗透系数。
原水库坝的野外注水试验：
在原水库坝顶部做3个坑深为0.50m，坑底面积为0.30m×0.30m注水试验坑。
经过各试坑的注水试验计算结果确定原水库坝的渗透系数统计如下表5：
原水库坝压实粘性素填土注水试验成果统计表表5
渗水坑编号
注1
注2
注3
渗透系数K（cm/s）
4.1×10-7
4.5×10-7
4.9×10-7
平均值
4.5×10-7
由表可以看出:
原水库坝压实粘性素填土的渗透系数K=4.5×10-7-4.9×10-7cm/s,平均为4.5×10-7cm/s，渗透性等级为弱透水性。
强风化花岗岩渗水试验：
对库区附近出露强风化花岗岩层进行6组渗水试验，其各点试验成果统计如下表6：
强风化花岗闪岩渗水试验成果统计表表6
渗水坑编号
渗1
渗2
渗3
渗4
渗5
渗6
渗透系数K（cm/s）
2.4×10-6
2.5×10-6
2.7×10-6
2.6×10-6
2.9×10-6
2.8×10-6
平均值
2.65×10-6
由表可以看出:
尾矿库的强风化花岗岩的渗透系数K=2.4×10-6-2.9×10-6cm/s,平均为2.65×10-6cm/s，渗透性等级为弱透水性。
4、渗漏性评价
该区主要含水层为水库周边素填土层及基岩风化层，基岩风化层赋水性较差，主要补给来源为大气降水及地下径流。
依据本次勘察野外注水试验资料，水库坝体及基岩风化层渗透性均较差。
因此初级坝可在原水库坝的基础上进行筑坝。
考虑到尾矿库建成投入使用后，库区内水头较高，压力较大，至使下覆岩土层渗透力增强，综合考虑，在进行库区建设时，对底部进行防渗漏处理。
三、场地及地基的地震效应
１、场地土类型及剪切波速
根据场地各土层的性质、原位测试、利用当地经验按《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）中表4.1.3确定，该场地各岩土层类型及剪切波速值如下表7。
场地土类型及剪切波速值表7
岩土名称
素填土层
强风化花岗岩层
中风化花岗岩层
层号
①
-1
-2
剪切波速Vsi（m/s）
110
650
900
土的类型
软弱土
软质岩石
岩石
2、建筑的场地类别
建筑场地覆盖层厚度
按地面至剪切波速大于500m/s的土层顶面的距离确定，该工程覆盖层厚度d0为0.20-3.50米，
（2）、土层的等效剪切波速Vse
n
根据公式Vse=d0/t=d0/∑（di/Vsi）得该场地土等效剪切波速
i=1
见表8
场地土的等效剪切波速Vse、建筑场地类别
表8
孔
场地覆盖层厚度
层
厚度（m）
剪切
土层等效剪切波速
建筑
波速
场地
di
Vsi
Vse
类别
号
（m）
号
（m）
（m/s）
（m/s）
1
0.80
1
0.80
110.00
110.00
1
2
0.00
650.00
3
3.50
1
3.50
110.00
110.00
2
0.00
650.00
13
0.20
1
0.20
110.00
110.00
1
2
0.00
650.00
根据勘探及上表计算综合确定，该场地土层的等效剪切波速为110.00（m/s）。
、建筑场地类别
根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度按《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）表4.1.6综合确定,该尾矿库区场地类别为
1类，初级坝址处场地类别为
类。
3、场地的特征周期
根据该工程的建筑场地类别和蓬莱市设计地震分组为第二组，按《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）表5.1.4-2确定，该尾矿库区场地特征周期值Tg=0.30s，初级坝址处场地特征周期值Tg=0.40s。
4、场地地段划分
根据场地的地质、地形、地貌特征，按照《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）中表4.1.1划分,该场地划分为建筑抗震一般地段。
5、砂土液化判别
根据钻探资料，场区内无砂（粉）土分布，不存在液化土层。
四、场地稳定性和适宜性评价
经过本次勘察及区域地质调查，库区周边2公里范围内不存在断层构造破碎带，坝址区无湿陷性土及液化土层存在；无溶洞、人工洞穴及泉孔，无滑坡、坍塌等不良地质现象，无井巷工程、采空区存在，不存在尾矿浆进入井下采空区的通道现象。
根据以上分析，场地工程地
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