岩土工程勘察报告稳定性评价1.docx
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岩土工程勘察报告稳定性评价1
尾矿库、尾矿堆积坝
岩土工程勘察报告(稳定性评价部分)
(第二册共二册)
院长:
总工程师:
勘察设计研究院
二O一二年十月
尾矿库、尾矿堆积坝
岩土工程勘察(稳定性评价部分)
主要责任人及岗位
生产单位负责人:
审定人:
审核人:
工程技术负责人:
目录
1前言……………………………………………………………………1
2稳定性分析与计算……………………………………………………1
2.1坝肩稳定性分析………………………………………………1
2.2初期坝及后期堆积坝稳定性分析……………………………1
2.3坝体稳定性计算………………………………………………2
3影响坝体稳定性的因素分析及工程措施方案………………………5
4降低浸润线后的坝体加高计算………………………………………5
5结论与建议……………………………………………………………7
附图一:
坝体稳定性计算图(现坝高)
附图二:
坝体稳定性计算图(坝体加高20m)
1前言
xxxxx尾矿库、尾矿堆积坝岩土工程勘察工作,是受龙钢集团公司木龙沟铁矿委托,根据xxxx设计研究院提出的岩土工程勘察任务书之技术要求(见附件),由我院于2006年7月~8月完成。
本册为坝体稳定性评价报告。
2稳定性分析与计算
2.1坝肩稳定性分析
据工程地质测绘结果,初期坝和堆积坝的左、右坝肩,山体形态自然完整,基岩裸露,无影响坝肩稳定的不利组合的结构面,也无崩塌、滑坡等不良地质作用,坝肩稳定,有利于坝体稳定和继续加高。
2.2初期坝及后期堆积坝稳定性分析
据调查,尾矿库初期坝为一不透水浆切片石拱坝,坝体完整,整体强度较高,未发现切石松动、坝体裂缝等变形破坏的痕迹,地基持力层为
-2层中风化白云岩,坝肩支撑于两侧的基岩上,坝基及坝肩的地质条件良好,初期坝的稳定性好。
仅在坝面上发现有多处渗水、漏水现象,目前不致影响坝体的稳定性。
在初期坝坝顶之上已筑有7级尾矿堆积的子坝,各级子坝高度1.60~3.80m不等,其中第三级子坝最高,达3.80m,堆积坝总高度约17.1m,总坡度比约1:
3.1,各级子坝坡度约450~600,坝体形态较规则,坝体上未发现裂缝等变形破坏特征,干面滩长度约60m,综合分析认为,现状态下堆积坝体处于基本稳定状态。
据钻探揭露,坝体内浸润线较高,初期坝上方第一级马道处地下水位埋深为1.20m,已接近了初期坝顶,各子坝地下水位在排矿时接近了地表,在第三级子坝坡脚,放矿时即有水从坡脚出逸。
坝体内较高的浸润线和局部的渗流破坏对子坝的稳定性极为不利。
2.3坝体稳定性计算
为对尾矿坝的稳定性进行定量分析评价,假设滑动面为圆弧面,采用毕肖普法(Bishop法)对尾矿坝体进行稳定性计算,计算采用的公式为:
FS=∑{Cilicosαi+[Wi+Wqv-μilicosαi]×tanΦi}×(1/mαi)
∑Wisinαi+WqhYeq-Yc)÷r
mαi=cosαi+tanΦisinαi/Fs
式中:
Fs稳定系数;
Ci第i条块滑面粘聚力(kPa);
Φi第i条块滑面内摩擦角(0);
αi第i条块滑面与水平线的夹角(0);
li第i条块滑面长度(m);
Wi第i条块的土体重量(kN);
Wqh水平地震惯性力(kN);
Wqv垂直地震惯性力(kN);
μi垂直作用于第i条块滑面上的孔隙水压力(kN);
Yeq水平地震惯性力作用线的纵坐标(m);
Yc滑弧圆心纵坐标(m);
r滑动圆弧半径(m)。
根据工程地质剖面图2——2′概化的现状坝体稳定性计算简图详见附图一。
根据本次勘察室内直剪(快剪、固结快剪)、三轴固结下不排水剪切试验结果,并结合已有的工程经验,综合确定的坝体稳定性计算参数列于表2.3-1。
现状坝体稳定性计算参数表2.3-1
底层
编号
岩土类型
状态
含水
状态
天然重度γ
(kN/m3)
粘聚力
c(kPa)
内摩擦角Φ(0)
尾中砂
松散
天然
16.7
9
32
饱和
18.8
6
28
尾粉细砂
松散
天然
18.3
11
26
饱和
18.8
8
24
尾粉细砂
稍密
天然
18.6
12
27
饱和
19.0
11
26
尾粉土
稍密
天然
18.5
18
24
饱和
18.9
16
22
尾粉质粘土
可塑
饱和
18.1
28
12
-1
粉质粘土
可塑
饱和
19.0
25
23
-2
碎石
中密
饱和
20.0
0
35
计算考虑了天然和全饱和两种状态。
天然状态指的是坝体现状状态,干面滩长度为60m,浸润线位置采用勘察时的浸润线位置;全包和状态是指尾矿土全部饱和,坝体上无干面滩,地下水位上升接近了坝体的表面。
计算结果列于表2.3-2
现状坝体稳定性计算结果表2.3-2
坝顶标高
状态
地震力
圆心坐标
最危险半径(m)
稳定系数
Fs
X(m)
Y(m)
981.70m(现坝高)
天然
无
-66.11
64.35
45.44
1.17
有
-65.48
70.29
49.78
1.00
饱和
无
-70.73
58.29
22.14
0.92
有
-70.73
58.29
22.14
0.86
本尾矿库等级为四级,按《尾矿库安全技术规程》(AQ2006-2005)和《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)有关规定,取坝坡抗滑稳定最小安全系数在天然状态下(正常运用条件下)为1.25,全饱和状态下(非常运用条件)为1.15,考虑水平地震惯性作用力情况下取1.10,表2.3-2计算结果表明现坝高条件下:
1)天然状态、无地震力作用下,稳定安全系数最小为1.17,小于规范规定的坝坡抗滑稳定最小安全系数1.25,表明现状条件下的坝体是不安全的;天然状态、有地震力作用下,最小稳定安全系数为1.00,小于规范规定的1.10,坝体不安全。
2)全饱和状态、无地震力和有地震力作用下的稳定安全系数最小值分别为0.92和0.86,均小于1.0,坝体不稳定。
坝体可能产生破坏的位置(滑动面位置)详见附图一。
由上可见,天然状态、有或无地震力作用坝体均不安全。
全包和、有或无地震力作用下坝体均不稳定。
现状坝体各种状态下的稳定安全系数均不满足规范的要求。
3影响坝体稳定的因素分析及工程措施方案
由于本尾矿库初期坝为不透水坝,尾矿库区内亦无有效的排渗措施,致使坝体内形成了较高的浸润线。
理论计算及工程经验均表明,当尾矿坝坝体内浸润线较高时,对坝体稳定十分不利,高的浸润线一方面降低了坝体土层的抗剪强度,同时形成较大的静、动水压力,增大了下滑力。
因此坝体中较高的浸润线成为影响坝体稳定的最主要因素。
据调查,放矿时在第三级子坝坡脚出现渗流,若不采取措施降低地下水位,将影响堆积坝的稳定,也无法进行尾矿坝的继续加高。
根据尾矿坝场地条件及坝体底层条件,建议在初期坝后缘第一级或第二级马道一带设置降水井、初期坝上设置排渗孔等措施降低坝体内浸润线,降水方案应进行专门的设计工作。
设计所需的各层土的渗透系数建议如下:
层尾中砂k=4.9×10-3cm/s
-1、
-2层尾粉细砂k=1.0×10-3cm/s
层尾粉土k=3×10-5cm/s
层尾粉质粘土k=3×10-6cm/s
4降低浸润线后的坝体加高计算
当坝体内浸润线降低至
层粉土顶部(如附图二所示的位置)、干面滩长度为50m,对坝体加高的可能性进行了计算,加高部分的尾矿土安尾中砂、尾粉细砂考虑,其计算参数取综合值,详见表4.1。
加高后坝体稳定性计算参数表4.1
坝顶标高
加高部分
尾矿土类型
状态
饱和状态
天然重度
γ(kN/m3)
粘聚力
c(kPa)
内摩擦角
Φ(0)
1001.70m(现坝高加高20m)
尾中砂、
尾粉细砂
松散~稍密
天然
18.0
9
25
饱和
18.8
6
24
计算考虑了降水后和全饱和两种状态。
假设降水后的浸润线如图(附图二)所示,干面滩长度为50m。
计算结果列于表4.2。
坝体加高后稳定性结果表4.2
坝顶标高
状态
地震力
圆心坐标
最危险半径(m)
稳定系数
Fs
X(m)
Y(m)
1001.70m(现坝高20m)
天然
无
-136.94
91.14
58.72
2.12
有
-137.38
92.45
59.42
1.92
全饱和
无
-136.72
97.26
50.48
0.98
有
-136.72
97.26
50.48
0.98
表4.2计算结果表明,降水后坝体加高20m时:
1)天然状态、无地震力作用下,稳定安全系数最小为2.12,有地震力作用时稳定安全系数最小为1.92,均大于规范规定的坝坡抗滑稳定最小安全系数1.25,坝体安全。
2)全包和状态、无地震力和有地震力作用下的稳定安全系数最小值分别为0.98和0.88,均小于1.0,坝体不稳定。
坝体可能产生破坏的位置(滑动面位置)详见附图二。
由上可见,在采取有效降水措施,满足初期坝后的浸润线深度值到16m以下的条件,则坝体加高20m是可行的。
5结论与建议
1)现状坝体天然状态、无地震力作用下,稳定安全系数最小值为1.17,小于规范规定的坝坡抗滑稳定最小安全系数1.25,现状条件下坝体是不安全的;天然状态、有地震力作用下,最小稳定安全系数为1.00,小于规范规定的1.10,坝体不安全。
全包和状态、有地震力和无地震力作用下稳定安全系数最小值分别为0.92和0.86,均小于1.0,坝体不稳定。
现状坝体各种状态下的稳定安全系数均不满足规范的要求。
2)坝体中较高的浸润线是影响坝体稳定的主要因素。
建议尽快采取措施降低坝体内的地下水位。
3)降水后(浸润线降至附图二所示位置时),坝体加高20m,(坝顶标高1001.70m),天然状态、有地震力或无地震力作用下的坝体稳定性系数最小值分别为2.12和1.92,均大于规范规定的坝坡抗滑稳定最小安全系数,坝体安全;全包和状态、无地震力和有地震力作用下的稳定安全系数最小值分别为0.98和0.88,均小于1.0,坝体不稳定。
4)在尾矿库的生产运营中应避免出现坝体全饱和的情况,干面滩长度不得小于50m。
各级子坝堆筑应规范,应委托设计单位进行堆积坝的设计,给出安全的各级坝高度及坡比,并建议在后期子坝堆筑过程中在子坝坝体内设置排渗设施。
5)雨季必须确保尾矿库排水涵管及其放水孔、泄洪口以及坝顶左右坝肩处排洪渠的溢洪畅通,应制定严格的尾矿库管理制度,确保尾矿库安全有效的运行。
6)本次勘察评价只对垂直坝轴线的中间剖面进行了工作,建议业主在有条件时补充两侧剖面勘察评价工作。