摘要：为研究尾矿坝不同断面下安全系数的逻辑关系，本文以寨子箐尾矿库为基础，利用有效应力法中的瑞典圆弧法，选取三个尾矿坝断面计算不同工况下的安全系数。计算结果表明，所选三个断面在现状坝高及最终总坝高的情况下，安全系数均大于规范允许最小值。三个断面中顺沟谷走向的最大断面在相同运行工况下，同比其他两个断面，稳定安全系数最小，越靠近岸坡，尾矿坝断面越小，稳定安全系数也随之增大。
引言
寨子箐尾矿库于2005年9月建成并投入运行，位于7度地震区，为湿法堆存1500吨/日铜矿选厂排出的尾矿，设计尾矿坝最终堆积标高1910m，尾矿坝堆高45m，总坝高65m，全库容万394万m3，属三等库。根据选厂堆存需要及尾矿库运行情况，2010年3月完成了寨子箐尾矿库稳定性分析及增容设计，增容后尾矿坝最终堆积标高1930m，尾矿坝堆高65m（增加堆坝高20m），增容后总坝高85m，全库容全库容689.4万m3，属三等库。
尾矿库初期坝坝型为碾压式均质土坝，初期坝坝高20m，坝顶宽4.0m，内、外坡比分别为1：2.0、1：2.75，内坝脚设置有堆石集水棱体。反滤层内坝坡面埋设有纵横交叉的HDPE打孔波纹管延伸到集水棱体，将内坝坡面汇集的渗透水通过坝下集水棱体内的排渗主管有组织的排泄到初期坝外。
尾矿坝现状坝高71，已堆积尾矿约380万m3，共堆积子坝二十七级，堆积坝高51m，堆坝外坡比平均为1：3.8，陡于原设计坡比1：4.0。堆积坝第九～十一级子坝沿地形呈扇形堆坝，子坝平台较宽8.6～29.2m，从第十七级子坝开始，右岸根据地形呈扇形堆坝。尾矿坝从现状坝高至最终坝高，将堆坝外坡比调整为1：4.5。
1 尾矿坝稳定计算
1.1 计算方法
目前，用于尾矿库边坡稳定分析的方法比较多，但大体上有两种，极限平衡法和数值分析法，极限平衡法有瑞典圆弧法，毕肖普法等。根据《尾矿设施设计规范》，本次稳定计算采用有效应力法中的瑞典圆弧法进行。
1.2 尾矿库等别
根据测算，尾矿坝现状坝高65m，已堆积尾矿约380万m3，属三等库。尾矿坝最终坝高81m，全库容689.4万m3，属三等库。
1.3 荷载组合及计算工况
根据《尾矿设施设计规范》（GB50863-2013）规定坝体稳定计算的荷载，正常运行期间：由正常库水位时的稳定渗透压力、坝体自重及坝体坝基中的孔隙水压力组成；洪水运行期间：由坝体自重、坝体坝基中的孔隙水压力及设计洪水位时有可能形成的稳定渗透压力组成；特殊运行期间：由正常库水位时的稳定渗透压力、坝体自重、坝体坝基中的孔隙水压力及地震荷载组成。
1.4 计算断面选择
从左岸至右岸分别选择1-1（顺沟谷走向最大断面）、2-2（距离1-1断面105m）、3-3（距离1-1断面130m）三个断面进行坝体抗滑稳定计算。
图1 坝体稳定计算断面平面图
1.5 坝体稳定计算参数的选取
寨子箐尾矿库采用的是上游法堆坝，尾矿由坝顶向库内排放，尾矿在流动过程中由坝顶向库区内由粗到细依次沉淀，可分为③1尾细砂、③2尾粉砂、③3尾粉土。由工勘提供的地质剖面（尾矿库左岸坡至右岸坡）可见尾细砂所占比例逐渐减少至消失，尾粉砂所占比例逐渐增大。因此稳定计算按尾矿库实际堆积状况，将尾矿沉积层概划分区为③2尾粉砂、③3尾粉土。
坝体稳定计算层概化分区后由坝基（中风化云母片岩）、初期坝（粘土）、尾矿（尾粉砂和尾粉土）组成。
尾矿概化分区后各层材料物理力学指标均按照工程勘察的实验值选取。见表1-1。
表1-1 尾矿坝各层材料物理力学指标值
经计算，所选取的三个断面稳定计算安全系数K正>Kmin=1.20（规范值），K洪>Kmin=1.10（规范值），K震>Kmin=1.05（规范值），均满足规范要求最小值，达到坝体边坡稳定的要求。由表1-2的计算结果知，不同断面，相同工况下，最大断面的安全系数最低。
1.7最终坝高81m时稳定计算
尾矿坝最终坝高81m时，尾矿库属三等库，尾矿坝属3级构筑物。通过渗流计算确定坝体运行水位的自由表面浸润线，并根据工勘试验成果进行修正。渗流计算渗透系数采用值见下表。
表1-3 渗流计算渗透系数采用值
根据渗流计算，最终坝高81m时，堆坝体内浸润线较现状标高65m尾矿坝浸润线有所抬高。堆坝体内设置的排渗设施大大降低了浸润线高度，保证浸润线不会从堆坝体上出露。
1.7.2稳定计算
尾矿库最终堆高坝体稳定计算各层材料物理力学指标选取见表1-1，计算结果见表1-4。
表1-4 设计最终坝高81m尾矿坝边坡稳定计算结果
经计算，所选取的三个断面稳定计算安全系数K正>Kmin=1.20（规范值），K洪>Kmin=1.10（规范值），K震>Kmin=1.05（规范值），均满足规范要求最小值，达到坝体边坡稳定的要求，根据表1-4的计算结果，不同断面，相同工况下，依旧是最大断面的安全系数最低，这与表1-2的计算结果得到了相互印证。
2结论
根据以上渗流及稳定计算可知：
（1）现状坝高65时，所选取的三个计算剖面在正常、洪水和地震工况下均满足规范要求的最小值。
（2）最终坝高81时，所选取的三个计算剖面在正常、洪水和地震工况下均满足规范要求的最小值。
（3）在满足安全生产管理条件下，尾矿坝能正常运行。
（4）由表1-2和表1-4的计算结果可知，不同断面，相同运行工况下，1-1断面（顺沟谷走向最大断面）的安全系数最小，3-3断面的安全系数（距离1-1断面130m）最大。
论文作者:程立家,刘明生
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/6/20
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