尾矿库稳定性分析勘察报告(共18页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上有限责任公司尾矿堆积坝稳定性评价岩土工程勘察报告有限公司2007年7月1日目 录文字部分专心-专注-专业附件：岩土工程勘察任务委托书图表部分序号图表名称张数附录1勘探点主要数据一览表112工程地质平面图123工程地质剖面图33-13-34土工试验成果报告34-14-35单环注水试验成果35-15-36水质分析报告26-16-27土易溶盐含量分析报告27-17-28渗流分析计算图38-18-39稳定性计算图98-48-181 前言*有限责任公司*尾矿堆积坝稳定性评价岩土工程勘察工作，是根据该公司提出的岩土工程勘察任务委托书技术要求，并受*有限责任公司委托，由我院于200

2、7年6月完成。1.1 工程概况*银花钒矿位于*省*县银花镇梅子沟村，尾矿库位于梅子沟西侧的*，处于糜子沟主沟道。原*坝80年代修建，现无设计资料，该坝原为水库。根据现场踏勘及甲方提供资料知，*初期坝为重力砌石夹心不透水坝，坝高约22.0m，坝底宽约23.0m，坝顶宽3.0m。坝顶轴线长62.0m，坝顶高程598.0m，坝下脚线高程为576.3m，库容约12万m3。该矿从1998年开始向库内排放尾矿渣，采取坝后任意排放。目前库内尾矿渣堆放高程595.51598.62m，距坝顶平均高程约1.3m，整体呈坝前低，坝后高。该坝于2006年停用，并进行了闭库设计。目前新的尾矿库正在筹备修建之中，为保证矿

3、山正常生产经营，拟将该库做为临时过渡尾矿库，据设计初步估算，坝体拟加高310m。该尾矿库排洪系统采用排洪涵洞，排洪涵洞建设在西侧，防洪标准为100年一遇。加高38.0m时，按尾矿库安全技术规程（AQ2006-2005）第4.1条划分，加高后的尾矿库为五等库。加高8m时，按尾矿库安全技术规程（AQ2006-2005）第4.1条划分，加高后的尾矿库为四等库。 1.2 勘察技术要求1）查明尾矿库存在的不良地质作用，评价不良地质作用对堆场的影响，提出合理的防治措施；）查明尾矿库的地层、岩性，提供尾矿土常规物理力学指标、颗分、渗透系数及抗剪强度指标（C、值）；）查明目前标高下尾矿库地下水位（浸润线）及变

4、化规律；）提供尾矿库所在区域的地震烈度及地震动参数，评价堆场的地震效应；5）分析评价已运行坝体的稳定性，继续加高坝体的适宜性和稳定性。6）对尾矿库使用提出合理的工程措施或建议。1.3 勘察工作执行的主要技术标准1）岩土工程勘察规范（GB50021-2001）；2）尾矿库安全技术规程（AQ2006-2005）；3）岩土工程勘察技术规范（YS5202-2004）；4）构筑物抗震设计规范（GB50191-93）；5）土工试验方法标准（GB/T50123-1999）；6）中国地震动参数区划图（GB18306-2001）；7）碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）。报告书中引用上述标准时均以其编号

5、简称。1.4 勘察方法及完成工作量本次勘察采用工程地质测绘、钻探、原位测试和室内土工试验相结合的方法进行。1.4.1 工程地质测绘在收集场地已有资料的基础上，通过实地调查，查明场地地形地貌、地质界线，查明库区、坝体及其附近有无影响其稳定性的不良地质作用，重点对坝体的稳定状况进行调查。测绘精度1:1000，成图精度1:1000，采用仪器法及半仪器法进行，其成果反映在工程地质平面图上（见附录2）。1.4.2 钻探垂直于坝轴线布置勘探线3条，每条勘探线上布置不少于4个勘探点，共布置13个勘探点。勘探点间距3050m，钻探的目的是查明尾矿的沉积规律、胶结程度及其物理力学性质指标，查明坝体内浸润线位置，

6、采取土试样和进行原位测试，获得堆场稳定性分析剖面。钻探施工采用两台XY-1型钻机，采用套管护壁钻进，开孔直径130mm，终孔直径110mm。共完成钻孔7个，孔深1020m。1.4.3 取土试样为取得尾矿土的物理力学性质指标，在6个钻孔中进行了岩土取样，共采取不扰动试样11件，扰动试样44件，取样间距为1.52.0m。不扰动试样采用薄壁取土器静力压入法或重锤轻击法采取，土样质量为级。1.4.4 原位测试1）标准贯入试验为评价尾矿砂的密实度，对尾矿进行分层，在所有勘探点均进行了标准贯入试验。标贯间距1.52.0m。标准贯入试验次数16次。2）圆锥动力触探试验在碎石土中进行了重型圆锥动力触探试验，锤

7、重63.5kg，落距76cm，探头直径74mm，锥角60，用球式自动抓脱钩装置。3）现场试验为查明废渣的渗透系数，进行现场注水试验。为查明废渣的物理力学参数，现场进行天然重度试验和天然休止角试验。4) 室内土工试验和水质分析本次勘察室内土工试验项目为常规土分析（含水量、孔隙比、密度等），此外还进行了直剪、颗分等特殊性试验。为评价堆场水、土对建筑材料的腐蚀性，进行了堆场土的腐蚀性和水质分析试验。土工试验和水质分析执行土工试验方法标准（GB/T50123-1999）规程。完成的勘察工作量汇总于表1.4。1.5有关说明1）勘探点位置，是根据甲方提供的1：500封库平面布置图中已有建筑物的相对位置，用

8、钢尺量测施放的。2）勘探点高程是以甲方提供的封库平面布置图初期坝顶面BM1标高（598.0m）为基准引测的。各钻孔坐标是以BM1点坐标（X：5000.00 ，Y：5000.00）图解获得。表1.4序号工 作 内 容单 位数 量1工程地质测绘km20.0082勘探点测放个133钻 探m/孔113/74取土试样扰动样件44不扰动样件115原位测试标准贯入试验次/孔13/5圆锥动力触探试验m/孔14/4试坑单环注水试验处3天然密度试验处46室内土工试验常规项目件48直剪试验（饱和固结快剪）组7颗粒分析件277取水及水质分析件28土易溶盐含量分析件22 场地工程地质条件2.1 地形及地貌尾矿库所在的梅

9、子沟地形切割剧烈，坡度一般为2535,最大50，地形总体上呈东北高西南低态势，沟谷形态呈“U”字形。地表沟谷属季节性支流,干旱季节见断流现象。地面标高介于575.00619.00m，地貌单元属中低山区。2.2 区域地层据本次地质调绘及勘探揭露结果，堆场底部地层为第四系全新统坡、洪积（Q4dl+pl）碎石类土，其下部为二叠系杂色千牧岩和泥质灰岩。2.3 区域地质构造由收集到的1地质构造图及资料可知，场地地质构造单元属秦祁地槽东秦岭褶皱系之印支褶皱带，位于两河凤镇牛耳关朱林关复活断裂带南侧，次级构造复杂，坝址及库区内无断层通过。3 堆场工程地质条件3.1 堆场形态梅子沟*尾矿坝为重力砌石夹心坝，坝

10、后堆积。沟谷横断面呈“V”字型。堆积坝呈西南东北走向，南北长约90.0m，东西长约65.0m，坝顶标高为598.0m。库内滩面呈南高北低，滩面标高约595.51m598.62m。3.2 堆积方式尾矿的堆积方式为坝后堆筑，尾矿和水的混合物通过坝内水沟向堆场内排放，尾矿经过沉淀后自然沉积在堆场内，水经卧式排渗管排出，流入坝下游排水渠。3.3 堆场地层据勘探揭露，场地内尾矿堆积物总体规律是：颗粒组成自坝体附近向尾矿库内由细变粗。上部颗粒较粗，为尾矿砂，中间夹有碎石，下部颗粒变细，为尾矿土，薄层互层现象较为普遍。各层尾矿土野外特征描述如下：层尾矿泥（Qml）：红色，饱和，软流塑状。层厚1.607.00

11、m，层底标高介于588.51594.18m。层尾砾砂（Qml）：红色，混粒结构，含20%30%圆砾，含粘土少许，松散。层厚3.06.2m，层底标高介于583.01594.75m。层尾圆砾（Qml）：青灰色，混粒结构，含30%碎石，一般粒径520，最大粒径50，稍密。层厚1.58.50m，层底标高介于581.51590.02m。层尾粉质粘土（Qml）：红色，夹粘土薄层，饱和，可塑。层厚1.003.00m，层底标高介于578.51583.75m。-1层尾细砂（Qml）：黄色，混粒结构，含少量碎石，松散。层厚2.002.70m，层底标高介于585.25587.32m。层灰岩（D2X）：青灰色灰绿色，

12、隐晶结构，坚硬，中风化。本层未穿透。坝体填土（Qml）：黄色，土质较均，含有少量碎石，饱和，可塑。上述各层尾矿土的层位组合及埋藏条件详见附录3-13-5。3.4 不良地质作用根据工程地质测绘，尾矿库及其附近地段未发现不良地质作用迹象，因而可不考虑不良地质作用的影响。3.5 地下水堆场停止运营期间，库区内有沟道水补给，坝内西边有一定长度的水滩（勘察期间实测水滩长度约40m）。勘察期间，实测堆积坝浸润线埋深介于0.33.3m，标高595.31597.07 m。水位纵向变化不大，总体上呈上游高、下游低，库内高、坝前低的趋势。堆体内地下水为赋存于尾矿土中的潜水。其补给源为生产排放尾矿水及大气降水。堆场

13、内水的排泄主要为原水库卧式排渗管排出。4 拦洪坝场地工程地质条件拟建拦洪坝位于尾矿库内西南方向，该场地地质条件主要为：碎石（Q4dl+pl）：主由千牧岩和灰岩碎块组成，呈圆角状，一般粒径1050cm，最大粒径约120cm，充填约10的中细砂，稍密中密。层厚约0.50m。 灰岩（D2X）:青灰色，岩性完整，坚硬，隐晶质结构，块状构造。5 物理力学性质指标5.1 尾矿土的物理力学性质指标根据室内土工试验成果和现场密度试验（见附录4-14-3），将各层尾矿土的物理力学性质指标进行了统计，其结果列于表5.1。5.2 尾矿土的抗剪强度指标本次勘察对层尾粉质粘土和坝体土样进行固结快剪，试验结果经统计列入表

14、5.2：室内饱和固结快剪试验指标统计 表5.2地层统计指标统计值范围值m粘聚力Cuu（kPa）13737内摩擦角uu（）124.824.8初期坝粘聚力Cuu（kPa）227.050.039内摩擦角uu（）220.221.320.85.3 标准贯入试验锤击数根据标准贯入试验结果，经数理统计得尾矿砂的标准贯入试验击数指标统计值列于表5.3。 实测标准贯入试验击数值统计 表5.3 (击) 统计指标地层编号范围值m尾砾砂136118.11.260.16注：-频数；m-平均值；-标准差；-变异系数。5.4 重型动力触探试验代表值根据动探试验结果，经数理统计得尾圆砾的动力触探试验击数指标统计值列于表5.4

15、。 重型动力触探试验击数值统计 表5.4 (击) 统计指标地层编号范围值m尾圆砾148119.01.170.13注：-频数；m-平均值；-标准差；-变异系数。5.5 渗透性为查明堆场内尾矿砂的渗透性，进行了现场单环注水试验（见附录4-104-12），试验结果列于表5.5，。 现场单环注水试验渗透系数k（cm/s） 表5.5地层编号统计值渗透系数km尾砾砂35.310-25.910-25.5710-2表5.54结果表明：野外注水试验测得的垂直渗透系数k为5.310-25.910-2cm/s，尾矿砂属强透水土层。6 场地水、土对建材腐蚀性评价按GB50021-2001规范附录G，场地环境类别属类。

16、根据场地2件水质分析报告（见附录5-15-2），按上述规范表12.2.1、表12.2.4及表12.2.5-1判定：场地地下水对混凝土结构无腐蚀性；对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性；对钢结构具弱腐蚀性。根据土易溶盐含量分析报告（见附录5-35-4），按上述规范判定，尾矿土对混凝土结构无腐蚀性；对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性。7 场地地震效应7.1 尾矿坝分级及场地分类根据尾矿库安全技术规程（AQ2006-2005）第4.1-4.2规定，该尾矿坝属4级构筑物。根据堆场岩土工程地质特性，按GB50191-93规范附录F规定，该尾矿坝抗震等级为四级。7.2 地震动参数根据中国地震动参数区划图（GB1

17、8306-2001），堆场所在区域地震动峰值加速度为0.05g，相应的地震基本烈度度，地震反应谱特征周期为0.45s。7.3 地震液化和震陷按构筑物抗震设计规范（GB50191-93）4.3.1条及4.4.1条规定，本场地属度区，场地土层可不考虑液化及震陷的影响。8 堆场坝体稳定性分析与计算*水库于80年代修建，原勘察资料不详。从现场调查可知库区周边山体稳定，未发现断层、滑坡、崩塌等不良地质现象。该库于1996年由水库改造为尾矿库，并对坝体上下游坡面进行约2.0m厚浆砌片石护面。*尾矿库2006年停止使用，并进行了闭库设计。由于目前新的尾矿库正在筹备修建之中，为保证矿山正常生产运营，拟将该库改

18、造为临时过渡尾矿库。本次勘察主要目的是对初期坝和坝高加高3m、5m、10m情况下的稳定性进行评价。8.1 尾矿坝现状分析从现场实际调查可见：）由于*坝体为重力砌石不透水坝，坝内沟道汇流有东西两条支沟。勘察期间，东边支沟有小量流水不断补给流入坝内，西边支沟目前未设拦洪坝，在暴雨情况下有大量洪水进入坝内。排渗设施为原水库卧式排渗管排水，排水量较小，尾矿坝经常处于饱和状态。2）该尾矿坝矿渣采取坝后任意排放，由于该坝由原水库改造，坝体未作尾矿水渗漏导排措施，不利于库内浸润线的降低和沉积尾矿的排水固结。3）初期坝坝面未出现裂缝、渗漏等现象。4）设置在库区左岸的排洪涵洞，高2.1m、宽2.6m，面积为5.

19、46m2。根据甲方提供的*尾矿库改造方案，该排洪涵洞能满足100年一遇的洪水导排。综合上述因素，按尾矿库安全技术规程（AQ2006-2005）规定，该尾矿库无排渗系统，继续使用时必须增加必要的工程措施。8.2 尾矿坝渗流分析渗流分析利用理正岩土软件渗流分析计算模块，采用有限元法对尾矿坝加高3m、5m、10.0m分别进行渗流计算，获得洪水运行条件下尾矿坝的浸润线。计算时按（AQ2006-2005）要求，加高3m、5m时，最小安全超高按0.4m，最小滩长为40.0m控制，化引滩长为24.4m；加高10m时最小安全超高按0.5m，最小滩长为50.0m控制，化引滩长为28.18m。渗流分析计算图见附录

20、8-18-3。8.3 尾矿坝稳定性评价稳定性计算瑞典圆弧法，利用理正软件进行计算。 在充分考虑野外原位测试、室内常规试验、直剪试验等各种试验条件的基础上，参考其它尾矿库地层参数和有关规范综合确定计算剖面上各层岩土的天然重度、饱和重度sat、粘聚力c和内摩擦角列于表8.1。 稳定性计算参数 表8.1地层编号地层名称天然重度（kN/m3）饱和重度（kN/m3）抗剪强度指标粘聚力（kPa）内摩擦角（）尾矿泥14.014.0410尾砾砂16.016.0828尾圆砾17.017.0030尾粉质粘土17.017.01015-1尾细砂16.016.0832灰岩20.020.0200055初期坝22.022.

21、030.025加高部分18.018.0820备注：因勘察期间尾矿库地层趋于饱和，故计算时标采用饱和抗剪强度指标。计算时考虑了地下水的渗透力，并采用总应力法进行计算。由于勘察期间尾矿坝处于近似饱和状态，故取3条剖面对现状（饱和状态）、加高3m（标高601.0 m）后正常运行和洪水运行状态、加高5m（标高603.0 m）后正常运行和洪水运行状态、加高10m（标高608.0 m）后正常运行和洪水运行状态进行计算。加高时采用上游法筑坝，且在初期坝坝顶布置排渗管。 尚需说明，计算尾矿堆积坝加高情况时，按AQ2006-2005规程第5.3.14条规定，浸润线按渗流计算结果确定的。加高时坡比为1：3.5，加

22、高10米时的子坝每阶5.0m高，共设两级子坝，马道宽3.0m。稳定性计算图详见附录8-48-15，稳定性评价按尾矿库安全技术规程（AQ2006-2005）5.3.18规定，采用瑞典圆弧法计算条件时坝坡抗滑稳定最小安全系数进行。 稳定性计算结果 表8.2断面号计算条件状态圆心坐标最危险半径R(m)最小安全系数稳定性评价X（m）Y(m)1-1现状饱和7.034.034.751.206稳定加高3m正常运行7.137.237.851.203稳定洪水运行46.73324.27.521.134稳定加高5m正常运行50.829.013.9951.205稳定洪水运行49.53325.810.450.893不稳

23、定加高10m正常运行58.039.626.331.112不稳定洪水运行58.039.626.3290.871不稳定2-2现状饱和7.234.034.751.207稳定加高3m正常运行732.237.8531.204稳定洪水运行46.824.27.4871.133稳定加高5m正常运行50.33330.214.1981.20稳定洪水运行48.33326.210.1780.98不稳定加高10m正常运行55.647.630.691.146不稳定洪水运行50.73328.2012.1440.956不稳定3-3现状饱和6.86735.035.671.298稳定加高3m正常运行737.237.8531.20

24、4稳定洪水运行46.73324.27.5271.124稳定加高5m正常运行20.73329.414.1361.195稳定洪水运行49.53325.810.350.925不稳定加高10m正常运行58.4044.4029.761.120不稳定洪水运行57.2041.6027.2280.879不稳定8.2计算结果可以得到以下结论：1）尾矿堆积坝在现状（饱水）运行条件下， 3条剖面均为稳定状态，满足最小安全系数要求。2）后期子坝加高3 m，在正常运行和洪水运行条件下均为稳定状态，满足最小安全系数要求。3）后期子坝加高5 m，在正常运行条件下均为稳定状态，满足最小安全系数要求，在洪水运行条件下均不稳定。

25、4）后期子坝加高10 m，在正常运行条件下均不满足最小安全系数要求，在洪水运行条件下均不稳定。5）后期子坝加高5 10m时，尾矿坝内尾矿泥（层）厚度较大、工程性能差及浸润线较高是造成尾矿坝不稳定的主要原因。8.4 尾矿坝加高排渗措施基于以上分析，当加高3m时，应对该尾矿坝采取排渗措施。采取排渗措施后，后期子坝按1:3.5坡比可加高10m。此时，建议除在初期坝坝顶平面布置水平排渗管外，应在初期坝高程590.0m以上按间距5.0m、孔深约45.0m布置水平排渗孔。对坝体排渗后，层尾矿泥因排水固结，土体密度增大，计算时取水上c为15.0kPa，为10.0o。水下c为13.0kPa，为10.0o。对3

26、条剖面在加高、排渗处理、采用上游法筑坝后的正常运行和洪水运行状态进行稳定性计算，稳定性计算图详见附录8-168-18，计算结果见表8.3。稳定性计算结果 表8.3断面号计算条件状态圆心坐标最危险半径R(m)最小安全系数稳定性评价X（m）Y(m)1-1加高10m排渗正常运行57.6047.6031.821.870稳定洪水运行58.040.8027.3131.075稳定2-2加高10m排渗正常运行56.8047.6030.511.511稳定洪水运行56.0047.2030.241.176稳定3-3加高10m排渗正常运行58.8046.0031.261.840稳定洪水运行58.0043.6029.0

27、61.083稳定由8.3计算结果可看出：1）采取排渗措施降低浸润线和层土排水固结后，尾矿坝加高10.0m在正常运行和洪水运行状态下均满足尾矿库安全技术规程（AQ2006-2005）5.3.18规定的最小安全系数要求。2）尾矿堆积坝在继续加高运行过程中必须严格执行设计和规范要求，留设马道，坡比应不大于1:3.5。综合以上稳定性分析可看出，浸润线对坝体稳定性的影响很大，当浸润线位置较高，坝体趋于饱和状态时，坝体稳定性降低很多。在现状条件下加高尾矿坝稳定性差是由于坝内上层（层）分布有比较厚的尾矿泥所致。故在尾矿坝继续加高过程中，应采用上游法筑坝，且需加强对库区排放和排水的管理，采用坝前排放方式，并经

28、常变换排放口位置，使粗颗粒在坝前堆积。为满足堆积坝的最小安全系数要求，建议在堆积坝设置排渗设施，以降低浸润线，从而提高尾矿坝的稳定性。9 结论及建议1）尾矿堆场地层情况详见正文3.3。其分布及各层土的埋藏条件详见附录3-13-3。2）各层尾矿土物理力学性质指标详见正文5。3）勘察期间实测地下水位埋深介于0.23.3m，标高595.31597.07 m。水位纵向变化不大，总体上呈上游高、下游低，库内高、坝前低的趋势。详见正文3。4）堆场尾矿水在对混凝土结构无腐蚀性；对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性，对钢结构具有弱腐蚀性。尾矿土对混凝土结构无腐蚀性；对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性。详见正文6。5

29、）场地地震动峰值加速度值为0.05g，地震基本烈度为度，反应谱特征周期为0.45s。场地可不考虑液化及震陷影响。详见正文7。6）尾矿坝在现状条件下正常运行和洪水运行时均满足坝坡稳定的最小安全系数要求。加高时均应在初期坝坝顶布置排渗管且采用上游法筑坝。按13.5坡比加高3m，正常运行和洪水运行下均满足坝坡稳定的最小安全系数。按13.5坡比加高5m，在正常运行时满足坝坡稳定的最小安全系数要求，在洪水运行时均不稳定。按13.5坡比加高10m时，正常运行条件下均不满足坝坡稳定的最小安全系数要求，在洪水运行时均不稳定。对尾矿坝采取排渗措施后，按13.5坡比加高10m，在正常运行和洪水运行时均满足坝坡稳定

30、的最小安全系数要求。当加高3 m时，可采用先生产后在初期坝坝顶布置排渗管。当尾矿排放至初期坝坝顶标高598.0 m位置（加高约1.3m）后，建议在初期坝坝顶平面布置排渗管，然后继续加高至611.0 m（加高3 m）。当加高5m、10 m时，除在初期坝坝顶平面布置排渗管外，在590.0m标高以上应采用水平排渗孔，孔距5.0m，孔深约45.0m。由于场地地震烈度为度，评价计算时未考虑地震影响。坝体稳定性计算及评价详见正文8。7）后期堆积坝加高5 m 、10 m时，应在层尾矿泥排水固结的基础上，按不大于1:3.5的坡比进行并留设马道。8）后期堆积坝加高前，必须先修建库内西侧拦洪坝，并封堵原尾矿坝东侧溢洪道。9）堆场尾矿的排放管理是堆场安全运行的关键，建议堆场正常运行时，采取坝前排放方式，并有序变换排放口位置，使粗颗粒在坝前堆积。10）建议加高筑坝时严格按照国家安全生产监督管理总局2006年4月6日颁布的尾矿库安全监督管理规定及设计要求执行，四级坝干面滩长度不小于50m，五级坝干面滩长度不小于40m，避免坝体在平面和断面出现不规则形态，以保证堆场的安全和稳定。11）建议加强对堆场及尾矿坝内浸润线的长期观测，并应设置变形观测点，进行必要的变形观测。加强日常巡查工作，发现问题及时汇报、处理。