王旭剛

摘 要：尾礦壩作為礦山生產(chǎn)中重要設(shè)施，其穩(wěn)定性至關(guān)緊要。文章從壩體滲流、壩體穩(wěn)定出發(fā)，結(jié)合在線監(jiān)測的技術(shù)特點，提出了壩體的分級預(yù)警及設(shè)防閥值指標(biāo)，并以實例說明了閥值指標(biāo)在線監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用。設(shè)防預(yù)警閥值的應(yīng)用，使在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠直接反映出壩體的穩(wěn)定性狀態(tài)，使在線監(jiān)測更自動化。

關(guān)鍵詞：尾礦壩；在線監(jiān)測；閥值；分級預(yù)警

目前我國在尾礦庫的建設(shè)及管理方面越來越重視，投入了極大的精力和財力。近些年，尾礦的在線監(jiān)測項目得到較大范圍的推廣，監(jiān)測項目包括浸潤線高度及壩體的位移，這2項指標(biāo)的監(jiān)測結(jié)果大部分只局限用于對比尾礦壩的運行狀態(tài)變化上，并沒有直接與壩體的穩(wěn)定性直接接軌，體現(xiàn)到尾礦壩體的穩(wěn)定性系數(shù)上來。本文通過某尾礦庫的穩(wěn)定性計算，結(jié)合在線監(jiān)測設(shè)備的現(xiàn)場布置，提出壩體穩(wěn)定性安全預(yù)警級別以及在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的設(shè)防預(yù)警閥值，使在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠直接反映出壩體的穩(wěn)定性系數(shù)，使在線監(jiān)測更自動化。

1 尾礦壩體穩(wěn)定性計算方法

1.1 尾礦壩滲流基本方程

1962年Biot在研究土的固結(jié)時，對固結(jié)滲流首先進行了研究，其包括描述地下水受外力在土體連通的孔隙通道中運動的運動方程和描述流體質(zhì)量守恒的連續(xù)方程；水為牛頓流體因而達西定律是通用的，因此得到：

上式即為尾礦壩非定量地下水滲流基本方程，也即滲流力學(xué)單相不可壓縮流體的滲流方程。

1.2 尾礦壩穩(wěn)定性計算方法

極限平衡法理論體系中的一種規(guī)范推薦的計算方法，同時滿足力與力矩的平衡條件，滑裂面為任意形狀，不局限于圓形滑裂面，計算簡圖見圖1。

將作用在微分條塊上的力對條底中點取力矩平衡，考慮地震作用力時，壩體的安全系數(shù)為：

式中，F(xiàn)s為安全系數(shù)；li為條塊寬度；wi為計入滲透壓力后的土條重量，計算時浸潤線以上用天然容重，水位以下用浮容重，浸潤線以下至下游水位間當(dāng)計算剪切強度時用浮容重，計算剪切力時用飽和容重；Qi為作用在土條重心處的水平慣性力；Qi為作用在土條重心處的豎向慣性力；Mi為土條水平慣性力對滑動中心的力矩，Ci和φi為土的粘聚力和內(nèi)摩擦角。

2 尾礦壩預(yù)警分級

根據(jù)尾礦庫運行情況，結(jié)合《尾礦堆積壩巖土工程技術(shù)規(guī)范》（GB50547-2010），做出以下以預(yù)警分級：

正常運行：尾礦庫正常運行，各干灘長度、安全超高等各薦指標(biāo)均滿足規(guī)范等相關(guān)規(guī)定的要求。

一級預(yù)警：一個效應(yīng)量（即單項指標(biāo)）如干灘長度、浸潤線高度等發(fā)生異常。

二級預(yù)警：多個效應(yīng)量（即多項指標(biāo)）發(fā)現(xiàn)異常，壩體穩(wěn)定性系數(shù)小于洪水期規(guī)范要求。

三級預(yù)警：多個效應(yīng)量（即多項指標(biāo)）發(fā)現(xiàn)異常，且其變化速率加大時或遇地震時。

3 實例分析

3.1 工程簡介

尾礦壩總壩長為480m，總壩高為60.5m，已堆積尾礦量為4000000m3；壩頂寬度為3.5m，初期壩壩頂標(biāo)高538m，初期壩壩高為14m，初期壩壩寬為4m，初期壩內(nèi)外坡比為1：2。依據(jù)規(guī)范，此壩為三級壩。

3.2 尾礦壩穩(wěn)定計算結(jié)果

對尾礦庫分別進行滲流與穩(wěn)定性計算，結(jié)果如下：

第一，當(dāng)干灘長度小于規(guī)范要求時，滿足一級預(yù)警，此時進行滲流及穩(wěn)定性計算，得到浸潤線及穩(wěn)定性結(jié)果，如圖2所示。

將上述計算結(jié)果與規(guī)范要求對比，雖然壩體穩(wěn)定性系數(shù)大于規(guī)范要求，但干灘長度小于規(guī)范要求，此時應(yīng)啟動一級報警，觀察監(jiān)測指標(biāo)（干灘長度）的變化趨勢。

第二，當(dāng)庫水位達到或接近洪水位時，干灘長度和安全超高均小于規(guī)范要求，此時應(yīng)啟動二級預(yù)警，根據(jù)庫洪水位進行計算，得到浸潤線及穩(wěn)定性結(jié)果，如圖3所示。

將上述計算結(jié)果與規(guī)范要求對比，雖然壩體穩(wěn)定性系數(shù)略大于規(guī)范要求，但由于壩體此時處于特殊運行狀態(tài)，因此密切關(guān)注壩體位移的變化情況，確保監(jiān)測設(shè)備的運行正常；加強對壩體的監(jiān)測，加強巡邏，及時泄洪，且對壩體薄弱處應(yīng)采取加固措施。

第三，除突出地震等外力因素外，當(dāng)預(yù)警系統(tǒng)啟動二級預(yù)警后，應(yīng)該密切關(guān)注各監(jiān)測指標(biāo)的變化情況，當(dāng)多項指標(biāo)發(fā)現(xiàn)異常，且其變化速率加大時應(yīng)啟動三級預(yù)警，及時上報，應(yīng)由政府出面，通知下游人民撤離，控制事故造成的損失。對于壩體在地震力作用下的穩(wěn)定性，通過計算，得到浸潤線及穩(wěn)定性結(jié)果，如圖4所示。

計算結(jié)果表明，在地震力作用下，壩體的穩(wěn)定性處于臨界狀態(tài)，如果遇到大雨等其它不利因素時，壩體隨時都有垮壩的危險。

3.3 浸潤線各監(jiān)測點閾值設(shè)定

根據(jù)尾礦壩各種工況下計算結(jié)果，結(jié)合在線監(jiān)測系統(tǒng)的實際布置情況，得出以下浸潤線的預(yù)警閥值：

4 結(jié)語

在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測影響壩體穩(wěn)定的各項關(guān)鍵指標(biāo)，本文結(jié)合在線監(jiān)測的技術(shù)特點，從壩體滲流、壩體靜力穩(wěn)定和壩體動力穩(wěn)定出發(fā)，提出了壩體的分級預(yù)警及評價指標(biāo)，并以實例說明了各項指標(biāo)在線監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用，總結(jié)主要有如下幾個特點及有待改進之處：

第一，壩體穩(wěn)定性計算方法簡單明了，可以實現(xiàn)尾礦壩穩(wěn)定性評價指標(biāo)的唯一性，即每個尾礦壩都有各自的穩(wěn)定性評價指標(biāo)。

第二，同一壩體可以同時對不同剖面設(shè)立不同的穩(wěn)定性評價指標(biāo)，從而實現(xiàn)監(jiān)測整個壩體的穩(wěn)定性。

第三，壩體堆筑新子壩后可以快速有效的調(diào)整各剖面的監(jiān)控指標(biāo)。

第四，尾礦壩壩體穩(wěn)定性計算采用極限平衡法，此法沒有考慮內(nèi)部的變形和破壞，同時假定滑面的安全系數(shù)為常數(shù)，忽略了變形和孔隙水壓力的耦合作用，有待改進。

參考文獻

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