盧邦飛,盧俊華,穆順要
(天津華勘老撾礦業(yè)有限公司,天津 300170)
紅家營鉛鋅礦礦排土場位于云南省個(gè)舊市大屯鎮(zhèn)。排土場作為礦山接納廢土石的場所,是礦山組織生產(chǎn)中不可缺少的一項(xiàng)永久性工程建筑[1]。排土場在礦山生產(chǎn)和閉坑后能否持續(xù)穩(wěn)定,其堆存方法及穩(wěn)定性是必須考慮的重大問題。
根據(jù)工程資料,結(jié)合鉆探結(jié)果,堆場地層主要是第四系人工堆積石渣、第四系坡殘積黏土及三疊系中統(tǒng)個(gè)舊組灰?guī)r,各層的具體情況如下。
(1)第四系人工堆積層(Qml)。第①層石渣:灰色~深灰色、灰白色夾淺肉紅色,由碎石組成,稍密為主,局部松散或中密,稍濕。碎石成分主要為強(qiáng)~中風(fēng)化的石灰?guī)r、大理巖及花崗巖,少量為矽卡巖、泥巖等巖類碎屑,粒徑1~5cm為主,最大可達(dá)30cm左右。厚度2.00~33.50m,分布于整個(gè)場地。
(2)第四系坡殘積層(Qdl+el)。第②層黏土:棕褐色~褐黃色,夾黑灰色,硬塑~堅(jiān)硬狀態(tài),稍濕,局部含少量強(qiáng)風(fēng)化石灰?guī)r。主要分布坡腳一帶,厚度0.90~21.50m。
(3)三疊系中統(tǒng)個(gè)舊組(T2g)基巖。第③層石灰?guī)r:淺灰色,灰色,細(xì)晶結(jié)構(gòu),中厚層狀構(gòu)造,中風(fēng)化為主,部分強(qiáng)風(fēng)化。裂隙較發(fā)育,沿裂隙偶見溶蝕現(xiàn)象,裂隙被黏土充填。巖芯呈短柱狀或碎塊狀,所有鉆孔均揭露此層,揭示厚度2.40~8.60m。
各巖體物理力學(xué)參數(shù)取值如表1所示。
表1 巖體物理力學(xué)參數(shù)取值表
紅家營排土場為山谷+坡地型排土場,山溝走向由東至西,南、北高中間低,南、北部有山脊,形成天然的分水嶺。排土場東高西低,鄉(xiāng)村公路由西至東從排土場南側(cè)通過,排土場西部下游有天然的山溝,可作為截洪溝排泄通道,排土場排水條件較好。
(1)廢石堆置總高:60m(標(biāo)高2010.00~2070.00m)。
(2)堆置臺(tái)階高度:20m、20m、20m,分成3個(gè)堆置平臺(tái)堆存。具體如圖1所示。
圖1 排土場邊坡主溝剖面圖
(3)分段安全平臺(tái)寬度:15m、15m,平臺(tái)設(shè)返坡i=2%。
(4)設(shè)計(jì)臺(tái)階坡面角34°(自然安息角)。
(5)邊坡整體坡面角:26.21°。
(6)紅家營排土場設(shè)計(jì)容量V=200萬m3,為四等庫容。
(7)土工藝:采用汽車運(yùn)輸,推土機(jī)輔助堆排,平地式排土和臺(tái)階式排土相結(jié)合。
(8)防洪:防洪擬定按20年一遇設(shè)防,場地周邊設(shè)置有漿砌毛石截洪溝,為防止雨水對外坡沖刷,在安全平臺(tái)內(nèi)側(cè)設(shè)置排水溝,排土臺(tái)階邊坡的雨水匯集到排水溝后匯入場外截水溝。
(9)坡腳防護(hù):2025排土場西側(cè)下游設(shè)置格賓石籠碾壓石壩,南側(cè)與鄉(xiāng)村公路毗鄰段設(shè)置漿砌毛石擋渣墻坡腳防護(hù)。通常采用硬質(zhì)石塊做墊層以形成排水滲流通道,以便排土場頂部、平臺(tái)滲水能順利排出。碾壓石壩(攔渣壩)幾何尺寸:①壩頂中軸線長度:124.00m;②壩體高度:Δh=10.00m;③壩頂標(biāo)高:2100.00m;④壩頂寬度:5.00m;⑤壩體面坡坡比1∶2.0;壩體背坡坡比1∶2.0;⑥基底處理方案:擬建碾壓石渣壩壩址素填土①層(即石渣)厚度1.50~3.20m,該層均勻性較差,該層下伏有性質(zhì)一般的黏土②層,厚度較小,揭示厚度3.30~3.60m?;谶@些因素考慮,碾壓石渣壩的壩體不宜落于石渣填土①層和黏土②層。建議壩基清至③層灰?guī)r,再在其上進(jìn)行分層碾壓。因此攔渣壩施工前,應(yīng)先清除基底的石渣填土層和黏土層,至③層灰?guī)r后方能開始筑壩。
(10)排土場頂面處理:頂面采用0.25~0.3m厚的紅黏土隔水,壓實(shí)度不小于93%,向內(nèi)設(shè)排水反坡。
紅家營排土場工程主要利用兩岸坡之間的溝谷進(jìn)行堆存,溝谷地形較陡,總體地形有利于石渣堆存。排土場下游關(guān)系較簡單,庫容量不太大,但是邊坡高度較高,根據(jù)《有色金屬礦山排土場設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50421-2007),擬定該排土場安全等級(jí)為三級(jí),邊坡安全系數(shù):天然工況Fs≥1.20;地震工況Fs≥1.10;降雨工況Fs≥1.10[2-5]。
采用基于極限平衡理論的邊坡穩(wěn)定計(jì)算軟件理正巖土對排土場邊坡建立了仿真模型與系統(tǒng)計(jì)算和分析。根據(jù)國家《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011-2001)附錄A的規(guī)定,該工程抗震設(shè)防烈度為7。本次穩(wěn)定性計(jì)算和分析考慮天然、地震、降雨3種工況,采用理正巖土軟件對建立的模型進(jìn)行計(jì)算,得到最危險(xiǎn)滑動(dòng)面的安全系數(shù)如表2所示,主溝斷面變形破壞滑動(dòng)面圖如圖2所示。
表2 排土場邊坡安全系數(shù)(極限平衡)
圖2 主溝斷面變形破壞滑動(dòng)面圖
連續(xù)介質(zhì)快速拉格朗日法(FLAC)是基于有限差分法的數(shù)值分析方法,它適用于大變形。運(yùn)用FLAC2D7.0計(jì)算和分析了3種不同工況下邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)。邊坡變形潛在滑坡破壞面的位置,其分布云圖如圖3所示,計(jì)算結(jié)果如表3所示。
圖3 主溝斷面滑動(dòng)面分布云圖
表3 排土場邊坡安全系數(shù)(FLCA2D)
滑坡的風(fēng)險(xiǎn)來源于上部堆積體以及堆積體與基底的接觸面,一般接觸面巖性較軟弱,雨水侵蝕后力學(xué)指標(biāo)易降低,在一定的地形坡度下,容易誘發(fā)滑動(dòng)風(fēng)險(xiǎn),通過上文兩種模擬方法進(jìn)行邊坡整體穩(wěn)定性分析,得到結(jié)論:
(1)紅家營排土場在現(xiàn)最終設(shè)計(jì)堆存狀態(tài)下,其潛在滑動(dòng)面先穿過堆積體而后沿著基底穿出,其潛在的滑面在自然工況和降雨工況下均達(dá)到安全等級(jí)三級(jí)的要求,能夠消除沿基底面滑動(dòng),證明該排土場堆存方案是可行和合理的,為后期土石堆排提供了指導(dǎo)依據(jù)。
(2)通過模擬計(jì)算得出:最終堆高在考慮7°地震工況下能夠滿足安全等級(jí)三級(jí)的要求,說明該排土場邊坡在目前堆存方案下具有一定的抗擾動(dòng)能力。
(3)從圖2和圖3可以看出:潛在滑動(dòng)面先通過堆積體最后由基底面穿出,說明滑坡的風(fēng)險(xiǎn)來源于堆體與基底接觸面。
(4)為使排土場滿足相長期穩(wěn)定的要求,建議排廢采用自下而上,由近而遠(yuǎn),由里向外的堆放工藝;采用汽車在排土平臺(tái)上順序卸載,然后將靠近邊坡臨空處的堆積體按每30cm由推土機(jī)推平和壓實(shí),如此循環(huán),排土臺(tái)階逐漸加高;遠(yuǎn)離邊坡以外的堆積體無需碾壓,靠其自重慢慢固結(jié)壓實(shí)。