尾矿坝陡斜边坡坝基处理技术研究

发表时间:2020/12/17   来源:《城镇建设》2020年第25期   作者:邓全发 林远桢 张仕剑
[导读] 随着矿山生产规模的不断扩大,所产生的尾矿数量越来越多,尾矿坝工程数量不断增加,坝体高度也在增加,库容量不断加大,保证坝体稳固安全显得越发重要。

        邓全发 林远桢  张仕剑
        紫金矿业集团股份有限公司紫金山金铜矿
        摘要:随着矿山生产规模的不断扩大,所产生的尾矿数量越来越多,尾矿坝工程数量不断增加,坝体高度也在增加,库容量不断加大,保证坝体稳固安全显得越发重要。一旦发生溃坝事故,不仅会造成经济损失,还可能造成人员伤亡甚至生态灾害。为了提高坝体的稳定性,防止滑坡溃坝,对于一些坐落在比较陡峭的山体上的坝体,往往需要采取抗滑稳定处理措施,本文针对坝体沿斜坡滑移的问题,提出了尾矿坝地基的处理方法。
        关键词:尾矿坝;陡斜边坡;坝基处理
        
        1齿槽加固尾矿坝地基方法
        1.1坝体受力分析
        坝体可纵向或横向截面处于较陡峭山体上。为了便于分析,以横向处于斜面为例对坝体进行剖切分析,得出整个坝体在与所处山体的各个接触点处都有下滑趋势。将整个坝体视为由若干个单元体组成,并将其抽象为力学模型进行受力分析。山体斜坡受力分析如图1所示。A为坝体与山体接触面上任意取出的一个单元体,在斜面所在的平面受到两个力,分别为滑动力f与抗滑力F。滑动力f是坝体所受重力的分力,抗滑力F即坝体与山体之间的摩擦力。当滑动力f小于或等于抗滑力F时,坝体处于静止状态;当坝体受其它外力作用影响时,例如地震力、附近的爆破作业、坝体上部的机械作业等,所产生的侧向力会使滑动力f加大;而当坝体A各个部位所受到的外力的合力大于坝体极限摩擦力,即滑动力f大于抗滑力F时,坝体A将产生滑移。

        1.2坝体抗滑齿槽修整方法
        坝体抗滑齿槽修整方法,即将所处斜坡坡度大于0°的部位进行齿槽修整,保证局部滑动抗滑阻力相同,同时为保证齿槽本身局部稳定,齿槽高度为2m,宽度为2m。首先,将原有地基全风化层全部挖除,将地基挖至强风化层表面,采用水准仪对坝体底部地表放线,进行网格线分格,并标高测量。测量时纵横间距各为5m,并记录测量情况。然后,比较各个测量点之间的高度差,并计算角度。此种方法对各种山体走势都适用,且简单、快捷、易行,成本低。具体修整方法如下:(1)采用挖沟机及液压镐对山体进行切挖,将坡形山体挖成一段一段的直角台阶,使坝体由原来的坐在斜坡上改为分解后的坐在各个平面上,即消除坝体自重产生的滑动力。山体直角齿槽修整后受力如图2所示,可以看出,修整后坝体所受到的外力只有重力G和支撑力N,内部的滑动力f和抗滑力F相互抵消达到平衡,即通过做直角齿槽修整可以使坝体内部不再有滑坡的趋势。(2)齿槽修整方向与山体走势相同。

        2应用实践
        2.1工程概况
        某尾矿库副坝全长242m,坝体顶部宽度为10m,底部宽度为40~50m左右不等,坝体设计全部为浆砌石坝,总工程量约为80000m3。坝体顶部和坝体最底部高度差为31m(坝体底部强风化层深度不同,各处底部深度不同),因地理位置所限,坝体只能建在山坡上。经查阅有关资料,该坝体自然安息角为40~45°。由于该山坡地势较陡,坝体下游大部分处在40°左右山体上,个别地段达到45°以上,超过自然安息角范围,如果不采取措施,将无法施工。
        2.2工程分析计算
        根据《砌石坝设计规范》,坝体抗滑稳定安全系数的计算公式如下:

        式中,K为抗滑稳定安全系数;f为滑裂面上的摩擦系数;ΣW为作用于计算截面以上坝体的全部荷载对滑裂面的法向分值,ΣP为作用于计算截面以上坝体的全部荷载对滑裂面的切向分值。由《尾矿设施设计规范》可知,该坝为二级尾矿坝,坝坡抗滑稳定的安全系数应不小于1.25。经计算,该坝体抗滑稳定安全系数为1.22,不能满足规范要求,如果不采取措施,一方面,坝体交付使用后,尾矿液体侧压力将与坝体滑动力叠加,造成坝体沿山体下滑;另一方面,在发生地震的情况下,地震力将与该下滑内力及尾矿液体侧压力叠加,导致该段发生下滑,最终带动其他部位下滑,从而引起整个坝体溃坝。
        2.3齿槽修整实施
        对该坝体采取齿槽修整措施。首先,采用挖沟机将山体上的山皮土挖除,露出强风化岩石表层;然后,计算该尾矿坝落在该山体的总高,结合设计及现场实际高度情况,测量得出坝体底部至顶部的垂直距离为30m,水平距离为30m,则该段山体坡度为45°。将该段山体分为15个直角齿槽,即分别将山体底边30m及山体高度30m进行15等分,则每段齿槽两个直角边长皆为2m,满足施工机械作业要求(施工作业的设备挖沟机车体宽度为1.6m,保证车体两侧最小安全边距0.2m,即1.6+2×0.2=2m)。
        修成直角后,坝体所处山坡的坡角αi均为0°,则每一段直角齿槽的滑动力为fi=sinαi×Gi=0,与坝体重力G无关,因此,f总=∑fi=0,坝体总滑动力为0,坝体处于安全状态。
        式中,αi为第i个单元体所处斜坡的坡度,°;Gi为第i个单元体所受重力,N。
        经齿槽修整后,重新对坝体进行工程分析计算,得出坝体抗滑稳定安全系数为1.55,满足尾矿坝的安全和使用要求,大幅度提高了尾矿坝在初始应力状态下的稳定性系数,保证了尾矿坝体的稳定性。该工程使用至今,未发生滑坡溃坝事故,坝体稳定。
        3结论
        (1)尾矿坝是矿山企业重要的建设工程之一,它的安全运行在矿山企业整个生产过程中有着非常重要的意义,而尾矿坝安全运行的关键是坝体的安全稳定性。(2)采用齿槽修整方法对尾矿坝地基进行抗滑处理,可以使坝体处在平面上,不存在滑坡趋势。此方法对各种山体走势均适用,且简单、快捷、易行,成本低,对尾矿坝的设计施工提供了理论指导,具有借鉴意义。(3)将齿槽修整方法应用于该尾矿库副坝工程中,使修整后的山体的滑动力均为0,彻底解决了坝体沿斜坡滑移的问题。实践结果表明,该方法大幅度提高了尾矿坝在初始应力状态下的稳定性系数,保证了尾矿坝体的稳定性,并使工程顺利完成施工并交付使用。
        参考文献
        [1]一露天采场高陡边坡危岩体稳定性分析[J].杨静,刘中豫.能源与节能.2020(10)
        [2]尾矿库边坡失稳原因及处理措施[J].李元奇,曹磊芳.东北水利水电.2019(08)
        [3]基于尾矿库坝体抗滑稳定性计算分析[J].黄迪森.黑龙江水利科技. 2019(09)
投稿 打印文章 转寄朋友 留言编辑 收藏文章
  期刊推荐
1/1
转寄给朋友
朋友的昵称:
朋友的邮件地址:
您的昵称:
您的邮件地址:
邮件主题:
推荐理由:

写信给编辑
标题:
内容:
您的昵称:
您的邮件地址: