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。