理正软件在尾矿坝坝坡稳定性分析中的应用

乔连朋

（河南水利与环境职业学院，河南郑州450000）

理正软件在尾矿坝坝坡稳定性分析中的应用

乔连朋

（河南水利与环境职业学院，河南郑州450000）

尾矿库中的尾砂不断的堆存，将逐渐形成高势能人造危险源，对下游人民造成严重威胁，尾矿库发生安全事故的一个重要原因是坝体浸润线过高，渗流量大造成坝坡稳定性下降。以河南省QSG尾矿库为工程背景，运用理正渗流计算软件对尾矿库正常水位和洪水水位两种工况下的坝体浸润线位置与渗流量进行了推求，并分析尾矿坝在正常运行、洪水运行和特殊运行三种工况下的坝坡稳定性，对尾矿坝不同工况下的坝坡稳定性做出评价。计算与分析结果表明，该尾矿库在不同工况下运行，浸润线相对较低，渗流量适中，坝坡稳定。

尾矿坝；坝坡稳定分析；浸润线推求；渗流计算

尾矿库现状运行的好坏，不只是单纯的影响矿山企业自身的经济效益，还会对下游及周边居民的生命财产与环境造成严重影响[1-2]，为此降低安全事故发生概率，对尾矿库系统的安全管理显得至关重要。尾矿库系统安全管理中尾矿坝坝坡抗滑稳定性是核心问题[4]，本文结合QSG尾矿库运行现状采用分析计算对坝坡的稳定性做出评价。

1 工程概况

河南省QSG尾矿库目前总坝高42 m。初期坝为碾压式透水堆石坝，其坝高22 m，顶宽4 m，坝顶轴线长度146 m。上游坡坡比1∶2.0，下游坡坡比1∶1.75，在下游坝高14 m处设置有马道，马道宽1 m。初期坝坝面及坡面均采用干砌块石铺筑平整，结构完好。后期子坝采用废石筑坝，后期子坝总高度20 m，下游坡平均坡比1∶2.3。

QSG尾矿库坝高已运行达42 m，已经成为一种人造的具有高势能危险源，如果发生事故将会给下游人民群众带来极大的危害。以后运行中，为避免发生事故，不影响矿山企业自身的经济效益和保证下游人民群众的安全，该尾矿库进行稳定性分析，做出评价安全性是非常必要的工作。

2 尾矿坝渗流稳定性计算分析

尾矿坝由尾矿库初期坝和后期堆积子坝组成，尾矿库初期坝可看作是尾矿坝的排水棱体，内坡尾砂滩面坡比为1%。最小干滩长度150 m有余。尾矿堆积之坝高38 m处，正常水位36.2 m，最高洪水位37.5 m，下游水位均0 m。该尾矿库渗流分析采用北京理正软件设计研究院开发的理正渗流分析计算软件进行计算。

计算模型的选取，根据该尾矿库运行情况，模拟正常水位运行和最高洪水位运行两种工况，坝体渗流稳定性计算参数的选取结合坝体实际情况与《QSG尾矿库项目岩土工程勘察报告》确定，尾矿坝渗流稳定性计算参数见表1。

表1 尾矿坝渗流稳定性计算参数

2.1 正常水位坝体浸润线推求

在AutoCAD中建立渗流模型，其中x轴垂直于坝轴线方向，正方向指向下游，y轴竖直方向，正方向指向上。通过理正渗流分析计算软件计算，正常水位工况下渗流计算结果见表2。

根据渗流计算结果进一步计算分析，可得该尾矿坝正常水位工况下的浸润线位置曲线图，如图1所示。

2.2 洪水水位坝体浸润线推求

洪水水位工况下，渗流计算模型建立与计算方法同正常水位坝体浸润线推求，其渗流计算结果见表3。

图1浸润线位置示意图（正常水位）

根据渗流计算结果进一步计算分析，可得该尾矿坝洪水水位工况下的浸润线位置曲线图，如图2所示。

图2浸润线位置示意图（洪水水位）

尾矿库初期坝为碾压式透水堆石坝、子坝采用废石堆筑（坝体本身透水性较好），可有效降低坝体的浸润线，将坝体内的渗水安全有效的引出，提高坝体的安全稳定性。由以上计算结果与分析可知，正常水位和洪水水位两种工况下，坝体浸润线位置较低（相对于坝体总高度），各断面坝轴线处浸润线高程不等，渗流量适中，尾矿库初期坝、子坝均可满足尾矿库坝体的排渗要求。

表2 正常水位工况渗流计算结果

表3 洪水水位工况渗流计算结果

3 尾矿坝稳定性分析

该尾矿库所在地区抗震设防烈度为7度。根据《尾矿库安全技术规程》（AQ2006-2005），坝体稳定计算分以下三种工况，工况Ι：正常运行=正常水位+坝体自重；工况Π：洪水运行=最高洪水位+坝体自重；工况Ш：特殊运行=最高洪水位+坝体自重+地震（7度）。依据《QSG尾矿库岩土工程勘察报告》确定坝坡稳定性计算参数。其坝体材料物理性质指标见表4。

表4 坝体材料物理性质指标

3.1 正常运行工况尾矿坝稳定性分析

正常运行工况下，尾矿坝稳定性计算采用理正计算软件进行计算并分析，其参数选取、计算过程与计算结果如下：

控制参数：采用规范，碾压式土石坝设计规范(SL274-2001)。计算工期，稳定渗流期。采用圆弧滑动法，不考虑地震。坡面线段数5，具体控制参数见表5。

表5 坡面信息控制参数表

水面信息：采用有效应力法，孔隙水压力采用近似方法计算，不考虑渗透力作用，考虑边坡外侧静水压力。

计算条件：土条重切向分力与滑动方向反向时，当下滑力对待；自动搜索最危险滑裂面，条分法的土条宽度:0.500 m，搜索时的圆心步长:0.500 m，搜索时的半径步长:0.500 m。

计算结果：总的下滑力为12709.185 kN，总的抗滑力为16153.375 kN。最不利滑动面的滑动圆心是(10.597,44.939)m滑动半径为48.304 m，滑动安全系数Kmin=1.271。

正常运行工况下，理正计算软件对该尾矿坝稳定计算的简图如图3所示。

图3尾矿坝坝坡稳定性计算简图（正常运行状况）

通过计算结果分析可知，正常运行工况下，该尾矿坝坝坡抗滑稳定系数计算为Kmin=1.271＞1.15，符合该尾矿库在正常运行期的安全稳定系数值，满足规范要求，现状尾矿坝坝坡稳定。

3.2 洪水运行工况尾矿坝稳定性分析

洪水运行工况下，尾矿坝稳定性计算方法、参数选取、计算过程与正常运行工况下相同。其计算结果，总的下滑力为16129.254 kN，总的抗滑力为19935.758 kN，最不利滑动面，滑动圆心为(14.187，49.147)m，滑动半径为52.615 m，滑动安全系数Kmin=1.236。

洪水运行工况下，理正计算软件对该尾矿坝稳定计算的简图如图4所示。

图4尾矿坝坝坡稳定性计算简图（洪水运行状况）

坝体稳定性计算结果表明：现状尾矿坝坝体的抗滑稳定系数计算为Kmin=1.236＞1.05，符合该尾矿库库在洪水运行期的安全稳定系数值，满足规范要求，现状尾矿坝坝坡稳定。

3.3 特殊运行工况尾矿坝稳定性分析

特殊运行工况下，尾矿坝稳定性计算与正常运行工况下尾矿坝稳定性计算方法、计算过程相同，计算参数选取有一定差别，不同计算参数选取如下：

地震烈度取7度，水平地震系数取0.100，地震作用综合系数取0.250，地震作用重要性系数取1.000，地震力作用位置取滑弧处水平加速度分布类型矩形。

计算结果，总的下滑力为19292.000 kN，总的抗滑力为23092.524 kN。最不利滑动面的滑动圆心是(7.802,53.636)m滑动半径为60.222 m，滑动安全系数Kmin=1.197。

特殊运行工况下，理正计算软件对该尾矿坝稳定计算的简图如图5所示。

图5尾矿坝坝坡稳定性计算简图（特殊运行状况）

坝体稳定性计算结果表明：现状尾矿坝坝体的抗滑稳定系数计算为Kmin=1.197＞1.00，符合该尾矿库在特殊运行期的安全稳定系数值，满足规范要求，现状尾矿坝坝坡稳定。

4 结论

尾矿库初期坝与子坝透水性较好，能够有效降低坝体的浸润线，将坝体内的渗水安全有效的引出，提高坝体的安全稳定性。运用理正软件计算了尾矿坝正常水位和洪水水位两种运行工况下的渗流量并分别推求了浸润线位置。由计算结果与分析可知，尾矿库在不同工况下运行，坝体浸润线位置均较低（相对于坝体总高度），渗流量适中，尾矿库初期坝、子坝均可满足尾矿库坝体的排渗要求。运用理正软件计算，计算分析了尾矿坝在正常运行、洪水运行和特殊运行三种工况下的坝坡稳定性，坝坡在不同工况运行下坝坡抗滑稳定最小安全系数Kmin均满足规范要求，尾矿坝坝坡现状稳定。

[1]尹光志，魏作安，许江.细粒尾矿及其堆坝稳定性分析[M].重庆：重庆大学出版社，2004.

[2]徐宏达.尾矿库安全评价初探[J].工业安全与环保，2000，31(9)：15-18.

[3]彭承英.尾矿库事故及预防措施[J].有色矿山，1996，5：38-40.

[4]王文星.尾矿坝稳定性分析及安全对策的研究[D].长沙：中南大学，2007.

Application of Lizheng Software in Slope Stability Analysis of Tailings Dam

Qiao Lianpeng
（Henan water resources and environment vocational college,Zhenzhou 450000,Henan）

Tailings in the tailings of the stockpile,will gradually form a high potential man-made dangerous sources, causing serious threat to the downstream people,tailings reservoir safety accidents is an important reason is the dam infiltration line is toohigh,seepage caused by large dam slope stability decreased.Based on the QSG tailings pond in Henan Province,the location and seepage flowof the dam under the normal water level and the flood level of the tailings are calculated by using the seepage flow calculation software,and the tailings dam is analyzed.Under condition of normal operation,flood operation and special operation,the stability ofdamslope under different working conditions is evaluated.The calculation and analysis results showthat the tailings reservoir is running under different working conditions,the infiltration line is relatively low,the seepage flowis moderate and the damslope is stable.

Tailings dam；stabilityanalysis ofthe damslope；suitable quantityofseepage and the damstability

TD926.42

B

1673-9000（2017）03-0110-03

2017-02-03

《水利工程施工》教学资源库建设及应用（ZJB16267）；河南省水利科技攻关计划项目（项目编号：GG201533）。

乔连朋（1986-），男，河南安阳人，硕士研究生，助理讲师，主要研究方向：水利工程设计与施工。