新高坞尾矿库勘察全解.docx
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新高坞尾矿库勘察全解
第一节前言
一、工程概况
江西远坑金矿有限责任公司新高坞尾矿库位于选矿厂北东方向约400m。
初期坝坝顶高程为180m，初期坝高27.5m，坝轴线长112m，坝顶宽4m，内边坡为1：
2，165.2m标高处设宽1.5m的马道，下游坝坡为马道标高之上为1:
1.6，马道之下为1:
4。
坝面采用草皮护坡，坝前设置碎石排水层、土工布反滤层。
至今尾矿堆积的最大高程已达175.8m。
受江西远坑金矿有限责任公司委托，我司承担该尾矿库稳定性评价任务，并进行稳定性分析验算。
二、本次工程勘察的技术要求
1、查明尾矿坝（初期坝）及堆积尾砂各土层分布情况，提供各土层的天然含水量、密度、颗分、比重、液限、塑限、渗透系数、抗剪强度物理力学性质指标。
2、勘察到的不良地质现象提出推荐的处理方案。
3、查明尾矿库的尾砂沉积分布规律
4、查明尾矿堆积体的组成、密实程度及沉积条件。
5、查明尾矿堆积体及初期坝坝体是否存在软弱夹层。
6、查明勘探期间浸润线的位置。
7、查明尾矿库现有排洪系统的结构型式、断面尺寸、平面布置及各土层常规物理力学指标。
三、本次工程勘察的勘察依据
1、《岩土工程勘察技术规范》（YS5202-2004）
2、《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2009年版）
3、《原状土取样技术标准》（JGJ89-92）
4、《建筑工程地质勘探与取样技术规程》（JGJ/T87-2012）
5、《土工试验方法标准》（GB/T50123-1999）
6、《上游法尾矿堆积坝岩土工程地质勘察规范》（YBJ11-86）
第二节勘察工作及评述
根据工程现状及以往同类工程经验，本次勘察的目的是为了查明尾矿堆积体的组成，土层的结构及相应的物理力学性质，验证现尾矿坝的稳定性。
按设计要求，本次施工勘探孔6个。
钻孔布设见新高坞尾矿库工程勘察钻孔平面布置示意图，完成的主要工作量见表2-1。
主要工作量汇总表表2-1
工程项目
单位
数量
备注
勘探
钻探
m/孔
127.30/6
岩土样
钻孔样
件
30
原位测试
标贯试验
次
11
室内试验
土工试验
组
30
一、勘探施工
本次钻孔施工采用XY—100型钻机，采用冲击回转套管护壁成孔工艺，钻孔开孔孔径φ127mm，终孔φ108mm，现场进行岩性编录。
二、土样的采取
钻孔取样采用φ91mm薄壁取样器，采用重锤少击法采取。
共取钻孔样30件，样品取上后，立即进行密封，防止日晒雨淋，并做好防压、防震措施。
三、现场原位测试
严格按要求进行标贯试验，共完成11次，试验工作按规范要求进行。
四、土工试验
为保证样品的真实性，样品取得后密封，防止日晒雨淋，做好防压、防震措施，并及时送往实验室进行原状尾矿样的各项物理力学性质试验，试验工作量见表2-2
试验工作量汇总表表2-2
序号
项目
单位
数量
备注
1
基本物理性质
组
30
含水量、密度、比重、可塑性等
2
颗粒组成
件
24
最小颗粒测至0.07mm
4
固结快剪
组
10
5
渗透系数
个
17
垂直渗透系数
6
压缩性
组
30
第三节场地工程地质条件
一、地形及地貌
区内属构造剥蚀低山-丘陵地貌区，山体以北—南走向为主，区内山顶最高点为737.7m，相对高差264.23m。
山坡天然坡度一般20—35○，山坡植被较茂密，山上冲沟发育且切割较深，沟谷中发育有山间小溪流，冲沟的出口部位常分布有冲洪积物。
二、区域地层
根据建设区及周边地质调查和区域地质资料综合显示，库区出露地层自老到新为中元古界双桥山群浅变质岩系（Ptsh），岩性为一套浅变质的火山碎屑沉积岩夹少量机性火山熔岩。
新生界第四系全新统冲、洪积层（Q4al-Pl）和残坡积层（Q4el-dl）。
（1）中元古界双桥山群（Ptsh）：
岩性为一套浅变质的火山碎屑沉积岩夹少量机性火山熔岩。
（2）第四系全新统残—坡积层（Q4el-dl）及全新统冲积层（Q4al）：
残—坡积层（Q4el-dl），棕红色～棕黄色，粉质粘土、粘土碎石组成，可塑—硬塑，局部地段硬塑—坚硬，分布于评估区及拟建区山脊和山顶，山坡和山麓，富含植物根系。
冲、洪积层（Q4al-Pl），该层分布于冲沟中，黄褐色，上部为粘土、粉质粘土、亚砂土，软塑～可塑；下部为砂砾石层，稍密。
三、区域地质构造与地震
库区在区域构造上处在杨子准地台江南台隆的东南缘，南东侧与钱塘台拗相邻，定位于赣东北韧性剪切蛇绿岩性构造混杂带中心带上盘金山韧性推覆变形带中。
库区内未见断层及岩浆岩分布，地质构造简单。
根据《中国地震烈度区划图》（1/400万）和《江西省地震动参数区划图》（2003年），德兴市地处地震参数<0.05g，基本地震烈度小于6度，区域稳定性较好。
四、堆场工程地质条件
1、堆场形态
尾矿库初期坝为风化料土坝。
沟谷横断面呈“V”字型。
本工程只有初期坝，无堆积子坝。
初期坝坝顶标高约180m，最终堆积滩顶标高180.0m。
库内滩面呈西南高北东低；坝面植被较好，植被以人工植草皮为主。
2、堆场地层
据勘探揭露，场地内尾矿堆积物总体规律是：
颗粒组成自坝体附近向尾矿库内由粗变细。
上部颗粒较粗，为尾矿砂，下部颗粒变细，为尾矿土，薄层夹层现象较为普遍。
库区各土层野外特征描述如下：
2.1尾细砂（Q4ml）：
褐灰色，稍湿～湿，结构稍密，含较多细砂夹层，厚度薄，大多在10cm左右，偶见粉土夹层。
2.2尾粉砂（Q4ml）：
褐灰色，稍湿～湿，结构稍密，含较多粉土夹层，厚度薄，大多在10cm左右，偶见矿泥或中砂夹层。
2.3尾粉土（Q4ml）：
褐灰色，湿，结构稍密，略有砂感，偶见粉砂和矿泥夹层。
2.4素填土（Q4ml）：
初期坝体，主要由黄褐色粘性土和碎石组成，上部碎石含量较高，往下呈依次减少趋势，底部基本为粘性土，稍湿。
2.5残积土（Q2del）：
棕红色～棕黄色，粉质粘土、粘土碎石组成，可塑-硬塑。
2.6强风化板岩（Pt）：
褐黄色至褐红色，原岩组织结构大部分破坏，遇水易软化，裂隙发育，裂隙中见褐黑色铁锰质氧化物。
2.7中风化板岩（Pt）：
褐灰色，原岩组织结构部分破坏，风化裂隙较发育，岩芯较破碎，岩芯多呈短柱状、块状。
3、不良地质现象及地质作用
根据钻探及现场踏勘，未发现有不良地质现象及地质作用。
五、排洪系统
尾矿坝排洪采用双格排水斜槽+连接井+排洪隧洞系统：
双格排水斜槽：
C20钢筋混凝土结构，矩形断面2×1.0×1.4（m2）槽身侧壁和底板厚度均为300mm，排水斜槽总长109.5m。
斜槽采用拱形盖板，壁厚120mm，每块拱板宽度为200mm，封板封堵后，其上平铺一层无纺土工布。
连接井：
密封连接井，连接排洪隧道和斜槽，C20钢筋混凝土结构，连接井内径3.0m，外径4.0m，井高4.45m。
排洪隧洞为城门洞型横断面，纵坡0.015，隧洞高1.80m，宽1.5m。
排洪隧道出口接消力池，矩形断面B×H=2.0×1.8（m2），长6.0m。
第四节尾矿沉积特征及沉积层次
一、尾矿排放方式
该尾矿库采用的是分散放矿形式，尾矿浆直接由选厂自流送往尾矿库，由尾矿库管理人员根据尾矿在库内堆积情况分组轮流排放。
二、尾矿沉积过程
当尾矿浆入库后，在滩面上形成蛇曲状、网状流沟，尔后扩展成扇形面漫流。
流动过程中，尾矿浆流速由快而慢，流散面由小而大，因而尾矿颗粒由粗到细沿流动面沉积，形成冲积滩，未沉积的细微颗粒流入水面区，入水后流速骤减，细颗粒得以沉积，形成水下沉积坡，悬浮物则在更远处沉积。
三、堆积尾矿分类
为满足地质上对尾矿堆积体按类分层的需要，对每一个试样都进行了全粒级的颗粒组成分析，最小粒径测至0.075mm。
对可塑样品，都进行了塑性界限含水量测试。
据此，按《岩土工程勘察技术规范》（YS5202-2004）规定，分类标准见表4-1。
尾矿分类表4-1
类别
名称
分类标准
砂性废渣
尾砾砂
＞2mm颗粒质量超过总质量的25%～50%
尾粗砂
＞0.5mm颗粒质量超过总质量的50%
尾中砂
＞0.25mm颗粒质量超过总质量的50%
尾细砂
＞0.075mm颗粒质量超过总质量的85%
尾粉砂
＞0.075mm颗粒质量超过总质量的50%
粉性废渣
尾粉土
＞0.075mm颗粒质量不超过总质量的50%，且塑性指数≤10
粘性废渣
尾粉质粘土
10＜塑性指数≤17
尾粘土
塑性指数＞17
注：
定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定。
四、各类尾矿的颗粒组成
根据本次勘察的土工实验结果的统计分析，颗粒分布见表4-2，结果表明选厂原矿的破碎粒度较细。
从颗分结果看，依次为尾细砂、尾粉砂和尾粉土。
堆积尾矿颗粒组成统计表表4-2
土类
统计
内容
颗粒组成（%）
备注
20
20-2
2-
0.5
0.5-
0.25
0.25-
0.075
＜
0.075
粒径（mm）
尾细砂
组数
6
最大值
0.0
0.0
1.8
49.4
44.8
14.9
最小值
0.0
0.0
0.0
42.8
37.4
11.4
平均值
0.0
0.0
1.0
45.5
39.8
13.7
尾粉砂
组数
12
最大值
0.0
0.0
9.5
43.5
44.8
42.6
最小值
0.0
0.0
0.0
12.6
20.8
21.2
平均值
0.0
0.0
1.5
32.8
30.9
34.8
尾粉土
组数
3
最大值
0.0
0.0
0.4
29.0
21.2
60.5
最小值
0.0
0.0
0.0
18.3
17.9
52.4
平均值
0.0
0.0
0.13
24.1
19.2
56.5
以下为各类尾砂的颗粒组成及分布情况。
尾细砂：
以0.5-0.25mm中、粗粒砂为主体，其次为0.25-0.075mm，小于0.075mm的含量很少，本层见库区各钻孔中。
尾粉砂：
以0.5-0.075mm中、粗、细粒砂为主体，其次为小于0.075mm的粉粒，粘粒含量很少，本层见库区各钻孔中。
尾粉土：
大于0.25mm的中、粗砂粒很少，0.25-0.075mm细粒砂也较少，主要以粉粒为主，粘粒次之，本层见库区各钻孔中。
五、尾矿沉积特征
根据钻孔取样、土工试验成果及原位测试成果，库内尾矿可划分为尾细砂层、尾粉砂层、尾粉土层三个层次，呈层状、似层状产出。
从剖面图可以看出，尾砂由浅至深，从坝区到库区内，基本上为尾细砂—尾粉砂—尾粉土。
尾砂颗粒由粗到细，符合放矿形式形成的沉积规律。
第五节尾矿的一般物理力学性质
一、基本物理力学性质
据测试资料，天然状态下尾砂和初期坝的物理性质见表5-1
堆积尾矿物理性质指标统计表表5-1
土类
统计内容
ωo
ρo
ρd
Gs
eo
Sr
ωL
ωP
IP
IL
备注
%
g/cm3
g/cm3
%
%
%
尾细砂
组数
6
最大值
18.1
2.06
1.74
2.68
0.821
90.4
最小值
11.2
1.65
1.47
2.68
0.536
39.5
平均值
14.0
1.83
1.60
2.68
0.680
57.27
尾粉砂
组数
12
最大值
29.5
2.21
1.90
2.68
0.701
100.00
最小值
14.5
2.04
1.58
2.68
0.413
89.6
平均值
19.87
2.12
1.77
2.68
0.521
97.29
尾粉土
组数
3
3
最大值
25.3
2.12
1.76
2.70
0.683
100.0
29.0
20.8
9.2
0.24
最小值
2.04
2.01
1.60
2.68
0.522
97.5
27.7
18.8
7.6
0.15
平均值
22.33
2.06
1.69
2.69
0.600
98.75
28.37
19.80
8.57
0.20
初期坝
组数
6
6
最大值
31.1
2.01
1.61
2.72
0.867
100
40.5
26.7
14.0
0.37
最小值
23.9
1.91
1.46
2.72
0.685
94.9
34.5
21.3
12.8
0.14
平均值
27.4
1.97
1.55
2.72
0.757
98.12
36.7
23.33
13.37
0.30
二、堆积尾矿抗剪强度、透水性及压缩性
抗剪强度：
指土在外力作用下抗剪切滑动的极限强度，可以认为是由颗粒间的内摩擦力以及由胶结物和束缚水膜的分子引力所造成的粘聚力所组成，本次的实验方法为快剪和固结快剪；透水性：
指当水力梯度等于1时的渗透系数。
各强度指标见表5-2。
统计指标说明：
抗剪强度，与同一类自然沉积土比较，砂土和粉土的抗剪强度参数都显著高一些，因为堆积尾矿主要是原矿经人工破碎的岩粉或碎屑，颗粒较多棱角，这是很正常的。
渗透系数主要在实验室使用原状土样，以变水头渗透仪测出，少部分松散砂土，也使用土样管法测出天然密度下的渗透系数值。
所有渗透系数均已校正成温度20oC的标准值，所有试验指标都是垂直层面的渗透系数值。
尾矿库各层的K20值不稳定，变化幅度很大，相差好几个数量级，主要因为试件中存在微薄夹层的复杂因素。
从试验指标看到，本库堆积尾矿层中，尾细砂的av100-200值0.14-0.26Mpa-1，尾粉砂的av100-200值0.12-0.26Mpa-1，尾粉土av100-200值0.15-0.20Mpa-1。
以αv100-200判断，尾细砂、尾粉砂和尾粉土属中压缩性土。
堆积尾矿的力学性质指标统计表表5-2
土类
统计内容
天然快剪
固结快剪
压缩
压缩
渗透系数
备注
粘聚力
内摩
粘聚力
内摩
系数
摸量
擦角
擦角
c
Φ
c
Φ
av
Es
Kv
kPa
度
kPa
度
MPa-1
MPa
cm/s
尾细砂
组数
3
3
6
3
最大值
38.8
25.0
27.7
31.5
0.26
10.97
8.24E-05
最小值
18.3
16.1
4.5
28.0
0.14
6.95
1.85E-05
平均值
14.87
25.43
17.4
30.23
0.21
8.28
5.01E-05
标准差
—
—
—
—
0.047
1.534
—
变异系数
—
—
—
—
0.224
0.185
—
标准值
—
—
—
—
0.25
7.01
—
尾粉砂
组数
6
6
12
6
最大值
24.00
34.80
20
39.8
0.26
11.89
1.71E-05
最小值
10.80
18.20
6.2
29.5
0.12
6.54
1.57E-06
平均值
19.53
29.28
11.23
35.28
0.17
9.18
9.12E-06
标准差
4.546
5.967
5.124
4.134
0.036
1.536
5.35E-06
变异系数
0.233
0.204
0.456
0.117
0.212
0.167
0.587
标准值
15.78
24.35
7.00
31.87
0.20
7.91
1.35E-05
尾粉土
组数
2
1
3
2
最大值
25.3
26.7
28.6
33.6
0.24
10.15
3.76E-06
最小值
21.3
24.9
28.6
33.6
0.15
7.01
1.05E-06
平均值
21.3
26.7
28.6
33.6
0.20
8.37
2.41E-06
标准差
—
—
—
—
—
—
—
—
变异系数
—
—
—
—
—
—
—
—
标准值
—
—
—
—
—
—
—
—
初期坝
组数
6
6
6
最大值
38.8
25.0
—
—
0.33
6.18
3.81E-04
最小值
18.3
16.1
—
—
0.28
5.11
4.93E-05
平均值
27.7
19.1
—
—
0.31
5.66
1.69E-04
标准差
7.29
3.14
—
—
0.022
0.415
1.27E-04
变异系数
0.263
0.164
—
—
0.071
0.073
0.754
标准值
21.7
16.5
—
—
0.33
5.32
2.74E-04
第六节原位测试试验
堆积尾砂勘察孔中进行了标准贯入试验，所得数据成果统计表见表6-1。
现场原位测试成果统计表表6－1
序号
岩
土
名
称
标贯修正击数场区地层统计
勘探
点
编
号
试验段
深度
（m）
标贯
击数
N（击/30cm）
探杆
长度
（m）
标贯修正
击数N
（击/30cm）
备注
1
细砂
统计个数:
2
最大值:
5.4
最小值:
4.6
平均值:
5.0
ZK4
4.60-4.90
5.0
6.00
4.6
2
ZK5
5.30-5.60
6.0
7.00
5.4
3
粉砂
统计个数:
5
最大值:
6.8
最小值:
5.7
平均值:
6.4
ZK4
9.80-10.10
8.0
11.00
6.6
4
ZK5
9.30-9.60
7.0
11.00
5.7
5
14.00-14.30
9.0
15.00
6.8
6
ZK6
5.10-5.40
7.0
7.00
6.3
7
10.00-10.30
8.0
11.00
6.6
8
粉土
统计个数:
3
最大值:
9.8
最小值:
8.5
平均值:
9.2
ZK4
14.30-14.60
13.0
16.00
9.8
9
ZK6
13.60-13.90
11.0
15.00
8.5
10
17.50-17.80
13.0
19.00
9.4
从测试数据可以看出土层的击数基本上随孔深增加而增大，从初期坝到沉积滩击数减少，这与尾矿堆积的深度和时间有关，尾矿堆积时间越长，深度越深，尾矿就越密实，反之就越松散。
根据标贯试验，尾矿砂基本上属松散～稍密状态。
第七节尾矿库水文地质特征
一、库区及周边气象水文地质条件
本区属亚热带气候，春秋雨季短，夏冬两季长。
受海洋性影响，春夏多雨，秋冬干燥。
年平均降雨量1946.8mm，昼夜最大降雨量262.2mm。
年蒸发量1317.9mm,平均相对湿度81%，雨水集中于春季和夏初。
夏末秋初有间歇性雷阵雨，历年平均气温17.1,一月平均气温4.7,七月平均气温28.6，极端最低气温9.6。
一年中无霜期为252天，春夏两季以东南风为主，最大风速24m/s，秋冬两季以西北风为主，最大风速21m/s，本区经济以矿业、林业、水稻为主。
库区汇水面积0.751km2，库区内无较大地表水体，地表水主要表现为山间小溪流，从北流到南。
小溪流径短，补给范围小。
春夏雨季溪流流量较大，而秋冬干旱季节流量最小。
尾矿坝各平台和坝肩也设置了排水沟，库区地表水通过排水沟流入下游小溪中，防止对坝面的冲刷。
二、浸润线
施工期间，对所有钻孔进行稳定水位观测，观测结果见表7-1。
观测结果显示浸润线基本上随堆积尾砂的升高而升高，从剖面图可以很清楚的看到，堆积坝水力坡度与坝面大体一致。
表7-1浸润线观测数据
孔号
ZK1
ZK2
ZK3
ZK4
ZK5
ZK6
备注
稳定水位
埋深m
4.4
19.8
11.5
6.0
11.3
5.8
标高m
149.8
160.2
164.0
168.9
164.1
169.0
三、尾矿库水文地质特征
尾矿库内堆积尾矿后，尾矿的沉积层次和特征决定了尾矿库的水文地质特征。
上部粉砂为堆积体的主要含水层；下部粘性土透水性差为相对隔水层。
由于尾矿中大都不同程度地含有矿泥及放矿时的不均匀性，尾矿土中会形成一些不规则的矿泥夹层和透镜体，各类尾矿土呈现结构不均一和各向异性。
水平方向上从堆积体由外向库区渗透性减弱，在垂直方向上随深度增加渗透性减弱。
而且坝体垂直方向的渗透性较水平方向渗透性差，根据以往同类工程经验，两个方向的差值可达3～10倍。
第八节尾矿坝稳定性分析评价
尾矿坝稳定性验算，计算方法采用圆弧稳定性分析方法—瑞典条分法。
利用剖面1-1进行稳定性验算。
根据本次室内土工试验结果，结合同类工程经验，采用固结快剪指标（见表8-1），按理正岩土软件计算，在目前正常运行状态下，不考虑最高洪水位作用及地震力作用、验算模式采用自动搜索和给定范围搜索，其坝体稳定性系数验算结果列于下表8-1。
根据《选矿厂尾矿设施设计规范》（ZBJ1-90）有关标准，按五等库考虑，正常运行状态的最小安全系数为1.15。
在目前正常运行状态下的尾矿坝，不考虑最高洪水位作用及地震力作用时，经验算最小安全系数为1.302＞1.15，处于稳定状态。
各岩土层计算参数表8-1
指标
地层
天然密度
γ
（g/cm3）
抗剪强度
凝聚力
C（kPa）
内摩擦角
φ（°）
尾细砂
1.90
5
25
尾粉砂
2.10
10
23
尾粉土
2.06
15
20
人工填土（初期坝体）
2.00
25
19
残积土
1.90
20
16
强风化千枚岩
2.20
50
25
验算结果
序号
圆心坐标
半径
最小稳定性系数
1
34.500，35.500
38.483
1.302
勘察结果认为：
坝面完整，排水设施较完善，尾矿坝处于稳定状态。
第九节结论与建议
一、结论
通过对尾矿库的调查和钻孔揭示及钻孔原状土的试验，可以得出以下结论：
1．通过钻探、现场原位测试和室内实验等方法，各类主要层次的物理力学性质，得到较好的查明，可以满足工程设计需要。
2．库区及
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