尾矿坝深部变形监测与稳定性分析.pdf

第3 2 卷 2 0 1 2 年0 8 月 矿冶 工 程 M I N I N GA N DM E T A L L U R G I C A LE N G I N E E R I N G V 0 1 ．3 2 A u g u s t2 0 1 2 尾矿坝深部变形监测与稳定性分析① 谢孔金1 ，王启耀2 ，戴文彬2 ，李亮亮1 1 ．山东正元建设工程有限责任公司，山东济南2 5 0 1 0 1 ；2 ．长安大学建筑工程学院。陕西西安7 1 0 0 6 1 摘要通过对钻孔测斜仪工作原理的介绍以及在具体尾矿坝工程中的应用，得到了尾矿坝坝体内部的变形情况，结果表明该坝 体边坡具有中下部垂直坝体向外移动、而上部垂直坝体向内移动的规律，K C l 0 测斜管在3 5m 深度处位移达到最大，有剪切变形的 趋势。数值模拟计算得到坝体边坡的稳定系数分别为1 ．2 6 正常运行 和1 ．2 4 洪水位运行 ，都满足规范的要求，最危险滑动面的 位置正好穿越K C l 0 测斜管变形最大处，与监测结果吻合较好。 关键词尾矿坝；测斜仪；变形监测；稳定性计算 中图分类号T V 6 9 8文献标识码A文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 2 0 8 0 5 1 3 0 3 测斜仪是一种通过测定钻孔倾斜角从而求得水平 向位移的原位监测仪器，是观测岩土体内部位移的基 本方法之一，它对于了解坡体深部的变形情况、评价坡 体的稳定性具有重要的作用，因此目前在岩土体边坡 工程监测中得到较多的应用‘。3 。 尾矿坝是由尾矿堆积碾压而成的坝体，分为尾矿 堆积坝和初期坝，它主要应用于堆存金属和非金属矿 山进行选矿后排出的尾矿或其他工业废渣。尾矿坝是 矿山重要的生产设施，也是重要的危险源，国内外尾矿 库的重大事故时有发生，对下游居民的生命财产造成 严重威胁，也给企业带来不可估量的损失，在社会上造 成极坏的影响。4 。6 j ，因此其动态监测和稳定性评价非 常重要。 本文介绍了测斜仪在实际尾矿坝安全监测工作中 的应用，结合数值模拟计算的结果，分析了某尾矿坝的 变形特点，评价了尾矿坝的稳定性。 1 工程概况 某尾矿坝位于山东省境内，尾矿库三面环山，海拔 2 5 0 4 5 0m ，相对标高2 0 0m 图1 。 该尾矿坝足采用上游式筑坝的方法筑库，坝体设 计总标高9 4m ，总库容35 9 0m 3 ，属于中型库。目前坝 高为7 8m ，已经堆至第1 6 期子坝，标高为3 3 4m ，已经 进入尾矿坝的使用后期，但每年仍以3m 左右的速度 上升。按照选矿厂尾矿设施设计规范Z B Jl - 9 0 要 求，属于Ⅲ级坝；根据尾矿库安全监测技术规范 A Q 2 0 0 6 ．2 0 0 5 、土石坝安全监测技术规范S L 6 0 - 9 4 的 要求，Ⅳ级及Ⅳ级以上的尾矿坝必须进行加强监测。 图1尾矿坝平面示意图及测斜子L 布置 2 测斜仪工作原理及设置 ～ 测斜仪的工作原理如图2 所示‘7 。83 。当测斜探头 在测斜管内自下而上逐段滑动测量时，探头内的传感 图2 测斜仪原理 ①收稿日期2 0 1 2 - 0 2 - 0 1 基金项目中国冶金地质总局山东局科技研发项目 2 0 1 0 0 1 作者简介谢孔金 1 9 7 4 一 ，男，山东单县人，高级工程师，注册土木工程师 岩土 ，硕士，主要从事岩土T 程勘察、设汁、施工与监测工作， 万方数据 5 1 4第3 2 卷 器敏感地反映出测斜管在每一深度段L 处的倾斜角度 变化，进而根据倾斜角求出不同高程处的水平位移增 量，即 d 。 厶s i n p j 1 由测斜管底部测点开始逐渐累加，可得任一高程处的 水平位移，即 J 5 。 ∑d ； 2 置 式中d j 为第i 测量段的水平位移增量；驴i 为第i 测量 段管轴线与铅垂线的夹角；S 。为测斜管底端固定点 i 0 以上i J 点处的位移。 本次监测工作在坝体上布置了两个测斜孔K C 2 、 K C I O ，K C 2 位于1 6 期子坝 即目前坝顶 靠尾矿库一 侧的位置，而K C I O 位于l O 期子坝靠外面的位置，如 图1 所示，剖面上前者位于顶部、后者位于中部。孔内 都布置了坝体深层位移观测系统，并在钻孔中埋置 X B C X G - 7 6 型P V C 测斜管，每个孔下管深度约4 0m 。 该尾矿坝测斜孔的钻孔工艺是用l 台D P P 一1 0 0 5 F 型汽车钻机，采用筒状合金钻具回转钻进，对卜部 碎石段采用无水干钻、跟管钻进钻孔。埋设步骤分为 钻孔、清孔、测斜管连接、调正、安放、粗砂回填等。成 孔要求为开孑L 直径不小于1 4 6m m ，终孔直径／f i 小于 8 9m m ，钻探回次进尺一般为1 ．0 0 ～2 ．0 0n l ，钻孔难卣 度小于l ％。 3 监测成果分析 2 0 1 0 年1 2 月2 lI Jx , l ‘K C 2 和K C l 0 做r 笫一次监 狈0 ，并将此次监测f 讧移结果设为初始位移f j f 【。在此后 又进行r3 次监测，时问分别为2 0 11 年3 月7t J 、 2 0 11 年6 月2 7 日、2 0 11 年9J j9 口．，设定测斜管垂 直坝体向库内移动的方向为负方向，向坡外为正方向。 K C 2 和K C l 0 的测斜管相对初始值的位移变形曲线 见图3 ～4 。 位移／m m 图3K C 2 测斜管位移曲线 图4K C l 0 测斜管位移曲线 从以上监测结果分析可知①坝体顶部的K C 2 测斜孔处没有滑动面形成，坝体整体向坝内移动，且由 深到浅位移逐渐增大。②坝体中部第1 0 期子坝上的 K C I O 测斜孔处，位移在中下部坝坡体向外移动，中上 部坝坡体向内移动；变形在3 5m 深度处达到最大，该处 有较为明显的变化，说明坝体在此深度有剪切活动变形 迹象，钻孔揭示该处尾矿材料为尾粘土。③整体上从 两个孔的位移情况及其所处的位置来看，坝体内部没有 形成稳定贯通的剪切破坏面，坝体处于稳定状态，边坡 坝体向内变形的肠i 囚足库内尾矿同结沉降引起的。 4 稳定性计算 为了更好的评价尾矿坝的稳定性，本次采用 F L A C 软件计算了坝体的稳定系数。 先采用流蚓耦合模块进行计算，在每个堆积阶段， 先根据堆积时间计算渗流场，得到坝体内的孑L 隙水压力 分布情况，然后根据孔隙水情况调整坝体物质密度和总 应力。最后用S O L V Ef o s 进行稳定系数计算，稳定系数 ，用折减强度的方法，通过不断降低摩擦角和粘聚力， 直剑产牛边坡破坏。参数折减的具体办法如下 折减的摩擦角妒， 妒， a r c t a n t a n 妒组 3 折减的粘聚力C ， C ， c ／f , 4 计算模型及网格剖分情况见图5 ，采用的物理力 学参数见表l 。 图5坝高3 3 4m 计算模型及网格剖分图 万方数据 2 0 1 2 年0 8 月谢孔金等尾矿坝深部变形监测与稳定性分析5 1 5 根据计算模型及所给的岩土物理力学参数，得到 坝体正常运行情况时的稳定系数为1 ．2 6 ，洪水运行时 的稳定系数为1 ．2 4 。坝体正常运行时最危险滑动面 的情况见图6 。 图6 正常运行坝高3 3 4m 时破坏模式 从计算结果看，坝体的稳定系数满足规范的要求， 最危险滑面从第1 6 期子坝人口向下，穿尾粉细砂层、 尾粉土 尾粉质粘土 后，沿尾粘土层向下游扩展，最 后在l 期子坝附近穿出，整体滑动面较深。最危险滑 而在1 0 号孑L 位置的深度是3 5m ，这与监测得到的情 况相吻合。 5 结论 通过对尾矿坝坝体深部监i 贝0 到的变形成果分析以 及坝体稳定性的数值计算得到如下认识 1 通过对测斜仪成果分析发现坝体目前的变形 趋势大致为坝体顶部测斜管整体向库内移动，坝体中 部的测斜管中上部向库内移动而中下部向坡外移动； 中部坝体有剪切变形的趋势，但没有形成稳定的剪切 破坏面。 2 稳定性计算表明该尾矿坝目前状态是安全的， 模拟得到的最危险滑动面从第1 6 期子坝人口向下，穿 尾粉细砂层、尾粉土 尾粉质粘土 后，沿尾粘土层向 下游扩展，最后在1 期子坝附近穿出，整体滑动面 较深。 3 测斜孔K C l 0 的变形最大位置处地层为尾粘 土，深度与数值计算得到的滑动面基本一致，表明数值 模拟与监测结果吻合较好。 参考文献t [ 1 ] 靳晓光．李晓红，王兰生．滑坡钻孔倾斜量测及数据处[ J ] ．成都 理工学院学报．2 0 0 2 。2 9 2 2 1 7 2 2 0 ． [ 2 ] 郭朝顺，廖家骏，赵东升，等．测斜仪在尾矿坝变形监测中的应用 [ J ] ．勘察科学技术，1 9 9 6 6 2 8 3 0 ． [ 3 】陈开圣，彭小平．测斜仪在滑坡变形监测中的应用[ J ] 岩士1 程技术．2 0 0 6 ，2 0 1 3 8 4 1 ． [ 4 ]郑欣．许开立。李春晨．集对分析方法在尾矿坝稳定性评价中 的应用[ J ] ．矿业安全与环保．2 0 0 8 ，3 5 4 7 2 7 4 [ 5 ] 胡军．基于I n t e r n e t I n t m n e 的尾矿坝自动化安全监测系统[ J ] ． 金属矿山。2 0 1 0 2 1 2 4 一1 2 7 ． [ 6 ] 谢振华．陈庆．尾矿坝监测数据分析的R B F 神经网络方法【J ] ． 金属矿山，2 0 0 6 1 0 6 9 7 1 ． [ 7 ] 王义锋．基于测斜仪成果的蠕滑体变形机制分析[ J ] ．岩石力学 与] 程学报，2 0 0 9 ，2 8 1 2 1 2 2 1 6 ． [ 8 ]谷声早。汪家林，蔡建华．基于测斜仪监测成果的滑坡体变形分 析【J ] ．甘肃水利水电技术，2 0 1 l ，4 7 I 2 4 2 6 ． 万方数据