理正岩土软件在广西某尾矿库边坡稳定性计算中的应用

李 娜 张 航

(1.广西冶金研究院有限公司； 2.湖北三鑫金铜股份有限公司)



理正岩土软件在广西某尾矿库边坡稳定性计算中的应用

李 娜1张 航2

(1.广西冶金研究院有限公司； 2.湖北三鑫金铜股份有限公司)

尾矿坝的稳定性分析在山谷型尾矿库建设中非常重要，以广西某尾矿库为例，介绍了地层、构造、地下水及地震力等稳定性影响因素，采用理正岩土软件对该尾矿坝进行稳定性计算分析。计算表明，该尾矿坝目前的安全系数Kmin=2.549,大于五级库规范值1.15，说明该尾矿坝处于稳定状态；设计加高15 m后安全系数Kmin=1.626，其稳定性仍然能够满足要求，但需要做好防排洪及排渗措施。

理正岩土软件 尾矿坝 稳定性

尾矿库溃坝灾害波及范围广，危害大[1]，为提高尾矿坝稳定性，需要对其运行状况进行精准计算[2]。目前用于边坡稳定性评价研究的软件有很多种，常用到的有ARCGIS、ANSYS、FLAC3D、SLOPE/W、SLIDE 等[3]。本研究利用适用范围较广的理正岩土软件，对广西某尾矿库坝体进行稳定性分析[4]。

1 尾矿库工程概况

广西某尾矿坝库区地貌属构造侵蚀—剥蚀类型低山—丘陵地貌，沟谷走向121°，坡底宽50～72 m，呈不对称“V”型，沟谷两侧山体自然坡度一般20°～35°，局部大于50°。整体地势北西高、南东低，山体最高点位于尾矿库西北侧，标高342 m，沟谷两侧山体最高点稍低，标高215.4～239.5 m。沟谷两侧山体部分有基岩直接出露，植被较发育，灌木丛生。山地经济以松杉、肉桂八角为主，山谷产水稻。

现状坝体是在2009年已建成坝高10 m碾压式土石坝的基础上加高而成，筑坝材料为尾矿库库边山体，垂直冲沟走向堆积碾压而成，坝顶标高189.13 m。因此，现状尾矿库后期坝体实际坐落标高为175～189.13 m，坝高约14.13 m，坝顶宽约3.3 m，坝顶轴线长约62 m。坝外坡为三级台阶状，平均坡度1∶1.4，坝内坡平均坡度1∶1.7。坝面上设有平台(马道)两个，上、下两平台宽约10 m。碾压土石坝外坝面平整，有植被，无渗流。尾矿坝现状如图1所示。

图1 尾矿坝现状

2 尾矿坝现状稳定性计算

2.1 尾矿库边坡堆积坝组成及力学参数

2.1.1 尾矿库边坡堆积坝组成

根据勘察报告，场地岩土层自上而下有素填土(填筑土)①、尾粉砂②、下伏基岩为寒武系砂岩③(∈)。场地岩、土体物理力学参数根据现场原位测试、室内岩土试验确定，按国家标准及行业规程规定进行数理统计，分析相关设计参数建议值，如表1所示。

2.1.2 场地地质

经地面调查，尾矿库二级坝(含尾矿库)及场地周边未发现崩塌、滑坡及地裂等地质灾害，坝体也未发现漏洞、管涌、流土、裂缝、坍塌和滑动位移等不良地质作用现象，勘察过程中也未遇到软弱结构面(夹层)不良地质现象。

表1 地基设计岩土体物理参数建议值

注：岩石承载力特征值依据《广西壮族自治区岩土工程勘察规范》(DBJ/T45-002—2011)附录C确定；*为经验值。

2.1.3 场地水文地质条件

尾矿库内及附近无大的地表水系，勘察各钻孔内均未发现地下水，故地下水对坝体稳定性无影响。据野外地质调查及访问，尾矿库二级坝场地附近未发现污水水源。尾矿库内坡实际有防渗膜覆盖，碾压土石坝体不存在浸润线，坝内按无水状态下进行验算。

2.1.4 地震力

由于该尾砂坝所处地理位置地震烈度为Ⅵ级以下，在坝体抗滑稳定分析时，可以不考虑地震力影响。

2.2 坝体稳定性计算

采用北京理正软件设计研究院“理正岩土计算6.0版”软件进行坝坡稳定性、抗滑稳定最小安全系数计算。各层土、地基参数取值均按勘察报告提供的数值，计算时已将各层土、地基参数、坝上行走汽车荷载等一并输入计算。

应用理正岩土软件计算时，采用规范为通用方法，计算目标是安全系数计算，因为坝基含有原一期库旧尾砂软弱夹层，因此计算方法选用适用性较广的圆弧滑动法。计算时不考虑地震力、水的作用，计算项目类型为复杂土层土坡稳定性计算。软件将坝体分为4个区域，其参数如表2所示。

表2 坝体不同区域参数值

坝体坡面线段数为6，其中超载距离0.500 m，宽2.300 m，荷载20.70 kPa，270.00°，坡面具体情况如表3所示，不同土性区域参数如表4所示。

表3 坡面具体数值

表4 不同土性区域参数值

[筋带信息]

采用土工布

筋带道数:1

筋带拉力作用方向:筋带力作用于滑面切线方向

筋带力调整系数:1.000

[土层信息]

坡面节点数 7

编号X/mY/m00．0000．000-112．7365．243-223．5865．436-327．8028．693-439．0168．943-547．02414．973-650．37314．973

[计算条件]

圆弧稳定分析方法:瑞典条分法

土条重切向分力与滑动方向反向时:当下滑力对待

稳定计算目标:自动搜索最危险滑裂面

条分法的土条宽度:1.000 m

搜索时的圆心步长:1.000 m

搜索时的半径步长:0.500 m

将坝体模型保存为.dxf格式，在确保模型中所有线条完全闭合后导入理正岩土软件，并按要求依次输入以上参数。通过软件计算可知，该坝体的最不利滑动面滑动圆心为(4.436,10.401)，滑动半径为12.220 m，滑动安全系数为2.549。计算结果如图2所示。

根据计算，其坝体抗滑稳定系数标准K=2.549,大于五级库规范值1.15。由此可知：本尾矿库加高前坝体的抗滑稳定性系数大于尾矿库安全技术规程的最小值，符合稳定性要求。

图2 计算结果(单位：m)

3 尾矿坝加高坝稳定性计算

3.1 尾矿坝加高坝的设计参数

目前尾矿库堆积侵蚀线实际标高约187.0 m，二期尾矿库库容基本达到现已加高后的标高189.13 m。考虑到新建尾矿库选址困难，设计批复和建设时间较长，为了确保企业正常生产，根据尾矿库的实际情况，提出对该尾矿库进行扩容，计划对原尾矿库二级坝继续加高15 m，加高后坝顶标高204.13 m。

后期坝体共加高15 m，坝顶中轴线长约164.09 m，坝顶面宽3 m。后期堆积坝体共有5层子坝体，每一层子坝体高度都为3 m。堆积子坝内坡比为1∶1.5，外坡比为1∶2.5；后期堆积坝总体外坡比为1∶3.03。后期堆积子坝采用95%粗尾砂+5%熟石灰拌匀后逐层(每层厚0.5 m)碾压堆积成坝，并与现状坝面紧密啮合。尾矿库拟设计加高15 m 后如图3所示。

图3 坝体加高15 m后扩容改造

尾矿库坝体筑坝材料于库边山体采取，垂直冲沟走向堆积碾压而成，自上而下的土层分别是素填土、尾粉砂、中风化砂岩，其容重、黏聚力、内摩擦角等，见表1。碾压土石坝体不存在浸润线，坝内按无水状态下进行验算。由于本尾砂坝所处地理位置地震烈度为Ⅵ级以下，在坝体抗滑稳定分析时，可以不考虑地震力影响。

3.2 应用理正软件计算尾矿坝加高后的稳定性

加高后坝体稳定性计算仍然采用圆弧滑动法，坡面线段数为15，坡面节点数为16，不同图形区域数如表5所示，不同区号参数值如表6所示。

表5 不同土性区域参数值

表6 坝体不同区域参数值

[计算条件]

计算项目：复杂土层土坡稳定计算 2

圆弧稳定分析方法:瑞典条分法

土条重切向分力与滑动方向反向时:当下滑力对待

稳定计算目标: 自动搜索最危险滑裂面

条分法的土条宽度:1.000(m)

搜索时的圆心步长:3.000(m)

搜索时的半径步长:2.000(m)

通过计算，最不利滑动面滑动圆心为(44.319,56.944)，滑动半径为57.899m。其计算结果简图如图4所示。

图4 计算结果(单位：m)

通过计算，A-A剖面抗滑稳定安全系数Kmin=1.626,大于五级库规范值1.15，说明坝体加高15 m后坝体仍然处于稳定状态。

4 结 论

详细介绍了理正岩土软件的功能、应用过程及参数的选取，并应用于广西某尾矿坝中进行计算。通过计算可知，加高前尾矿坝的安全系数K=2.549,大于五级库规范值1.15，加高后抗滑稳定安全系数Kmin=1.626，大于五级库规范值1.15。由此可知，该尾矿库的坝体抗滑稳定性在加高前及设计加高15 m后，安全系数均大于尾矿库安全技术规程允许的最小值，可以满足生产需求，但是要做好尾矿坝的维护工作，并完善其防洪排渗措施。

[1] 张敏哲,金爱兵,王志凯,等.尾矿坝稳定性物理模型试验研究[J].金属矿山,2013(12):115-117.

[2] 段伟强.某尾矿库边坡稳定性影响因素研究[J].勘查科学技术,2013(2):27-30.

[3] 李爱兵.尾矿库山边坡稳定性分析与防治研究[J].地下空间,2001,21(5):412-418.

[4] 李建荣.德兴铜矿4号尾矿库尾矿堆积坝边坡稳定分析[J].有色冶金设计与研究，2002,23(4):62-63.

2016-08-31)

李 娜(1990—),女，助理工程师，硕士，530000 广西南宁市长堽路40号。