摘要：尾礦庫為礦山企業的配套設施，其安全運行與企業的生產、建設息息相關，而且尾礦庫的安全運行將影響下游村莊的生命財產安全。本文以某市省某尾礦庫為研究對象，將模擬軟件、實地考察與室內土工試驗所獲得的相關物理力學參數為基礎，在遭遇設計最大降雨的條件下對尾礦庫壩體穩定性進行分析。結果發現，該尾礦庫的壩體穩定性在壩高增加的情況下符合規范要求，可保持穩定;在降雨條件下，其壩體的穩定性隨之降低。

　　關鍵詞：尾礦庫;降雨;Geo-Studio;穩定性

　　尾礦庫為人造、高勢能危險源，一旦發生壩體垮塌、滲透破壞、潰壩等事故，事故所誘發的泥石流、洪水等次生災害對于下游建構筑物、人民群眾的生命財產安全將造成巨大的危害，同時下游的生態環境將遭受難以修復的污染。由于尾礦的特殊性，其綜合利用率仍然較低，只有少部分被回收用于建筑材料和礦山采空區充填，剩余的尾礦都被排入尾礦庫中堆存。當尾礦庫遭受地震、排(截)洪設施設備失效、超設計降雨等極端惡劣的自然災害與人為因素時，其發生災害性事故的風險將急劇增大。

　　國內外礦山中，降雨導致尾礦庫壩體失效而造成嚴重危害事故的案例屢見不鮮。李煥強等構建了可調節邊坡坡腳的物理試驗模型，在降雨條件模擬了不同邊坡坡腳情況下邊坡的穩定性和入滲變化規律，并使用水分傳感器、光纖傳感器和壓力盒等多種測量設備對對坡體的不同位置的含水率、不同深度的應變變化和推力進行監測[1]。戴繪以實際工程中的山谷型尾礦庫為背景，通過有限單元網格建立了數值模型，在非穩定非飽和滲流理論基礎上，對降雨與庫水漲落等因素共同共同作用下的浸潤線變化規律進行了系統的分析研究。采用飽和-非飽和滲流理論與水砂混合物非平衡連續方程和動量方程相結合的理論方法，建立連續降雨工況下尾礦庫失穩潰壩的數學模型，在實際工程中應用該模型對連續降雨的失穩潰壩過程進行模擬分析。

　　1降雨條件下穩定性分析理論基礎

　　降雨對于基質吸力、抗剪強度等筑壩材料的物理力學性質、孔隙水壓力等應力狀態具有很大影響，可導致壩體變形，嚴重的甚至可造成潰壩。探究最大設計降雨、不同壩高工況下尾礦庫的壩體穩定性變化規律，有助于更好地了解尾礦庫壩體的失穩機理及失穩過程，對防治尾礦庫壩體失穩破壞有著重要意義[2]。

　　1.1降雨人滲理論

　　固體與孔隙共同組成多孔介質，將氣態或液態在多孔介質中的運動稱為滲流。根據質量守恒定律，在滲流場中，多孔介質中氣態或液態的流人與流出的質量是相等的，而其中的各點在滲流場中的流速和滲透力大小都不同。假設滲流場被液體充滿，以點o(xnYnzi)為中心取無限小正方體，各邊分別與各坐標軸平行，邊長分別為x、Y、Z。

　　1.1.1連續方程

　　假設vx，vy，v分別為點o(xnYnzi)沿著各個坐標軸向的滲流速度，則Pvx}Pvy}Pv}分別為單位時間與面積內流動的流體質量，那么A面中((xl-x/2}Yi}zi)在單位時間與面積內通過的質量為vx2，通過Taylor基數進行計算求解。

　　1.1.2飽和一非飽和滲流微分方程

　　潛水面(浸潤面)處于滲流區域的邊界，在實際工程應用中往往并不是水平，且隨著時間的推移會產生變化。法國水力學家裘布依在達西定律的基礎上開戰了大量試驗，試驗表明，浸潤面坡度對于大多數的地下水流都是很小的，因此可以假設在垂直的浸潤面(即平面二)上任意一點p的水力坡降。

　　1.2穩定性分析數學模型

　　目前，尾礦庫與邊坡的穩定性分析計算中廣泛采用諸如Geo-Studio，Slide等有限元數值模擬軟件進行相關分析。各個單元所受到的作用力都等效于任意統一的節點上，進而組成相應的線性表達式，最后通過對其進行求解得到相應的結果。數值模擬軟件的大量應用為人們分析解決實際工程中的問題提供了高效、準確的方法。

　　1.3極限平衡分析理論

　　極限平衡分析方法將邊坡視作為剛體，其過于注重變形機制，而省略了破壞過程中土體的變化情況。根據莫爾一庫侖強度準則，最終通過穩定系數對工程的穩定程度進行描述’“一‘zi。任意選定圓弧滑動面AD為可能發生滑移的滑動面，而后將圓弧滑動面AD上方的土體劃分為寬度一致的垂直土條，并對土體重和反力進行計算，然后對滑動面AD上方土體的滑動力矩與抗滑力矩進行求解，最終得到滑面AD的安全系數。

　　2尾礦庫的穩定性模擬分析

　　2.1Geo-Studio概況

　　Geo-Studio為廣泛應用于巖土等行業的數值模擬軟件。本文采用Slope/w(邊坡穩定性分析)和Seep地下水滲流分析)兩個模塊對最大設計降雨條件下壩高增大工況下尾礦庫壩體的穩定性進行模擬分析。

　　2.2工程概況

　　尾礦庫位于某市省文山壯族苗族自治州中西部灰巖溶蝕洼地內，交通便利。尾礦庫DEM。尾礦庫主壩位于庫區西南側，漿砌石結構，壩頂寬為1.7m，壩頂標高為1612m，壩軸線長為80.2m，尾礦庫在左岸壩肩部分設置了溢洪道，漿砌石結構。1#副壩位于庫區東北側，漿砌石結構，壩頂寬為1.8m，壩頂標高1612.0m，壩軸線長為87.6m，壩前放礦后庫尾形成一定的水位，水位標高為1604.0m。尾礦庫位于洗礦車間正東向、直線距離3.0km處，為天然巖溶洼地。原設計最終壩頂高程為1612.0m，堆積高程為1610.0m，有效庫容為408.78萬m3m，擴容工程建成后庫容為865.50萬m3，為四等庫。

　　2.3降雨條件下穩定性計算分析

　　2.3.1模擬計算參數選取

　　選擇壩頂高程分別為1610m和1620m時，在最大設計降雨工況下對尾礦庫的壩體穩定性進行模擬分析。模擬分析中所需的各相關參數根據現場實際試驗/測量和室內土工試驗獲得。

　　2.3.2穩定性分析結果

　　在計算中考慮最大降雨情況下(兩百年一遇，175.5mm/d)，筆者研究了尾礦庫分別在壩頂高程1610m(原設計最終壩高)和壩頂高程1620m(加高壩高)兩種工況下的安全系數隨降雨時間的變化規律。原設計壩高最大降雨情況下，初始安全系數，安全系數隨時間加高壩高(增加10m)最大降雨情況下。

　　礦業論文投稿刊物：礦業工程是由湖南省教育廳主管，湖南科技大學主辦的礦業類雜志。主要刊發采礦科學與工程、礦山安全與災害防冶、礦山地質與勘探、礦物加工與利用、礦山機械與電氣、礦山自動化與信息化、礦山環境保護等礦業工程及其相關學科學術論文。

　　結論

　　本文采用數值模擬軟件對某市某尾礦庫在不同壩高和最大設計降雨情況下的穩定性進行模擬，分析其穩定性隨著壩高和降雨的變化規律，研究壩高增高和最大設計降雨兩種工況下的尾礦庫穩定性。結果表明，在壩高增加和最大設計降雨情況下，尾礦庫的穩定性符合設計規范要求。在原設計壩頂高程1610m和增加壩高壩頂高程(1620m)兩種情況下，尾礦庫壩體穩定性的變化規律基本一致:前期均呈現驟降后趨于穩定值，且安全系數數值均符合《尾礦庫安全技術規程》(ACS2006-2005)要求。

　　參考文獻

　　[1]降雨條件下尾礦庫穩定性計算分析[J].艾敏，王光進，楊玉婷，許志發，趙懷剛.礦冶.2019(05)

　　[2]淺談尾礦庫的穩定性與含水層滲透系數的關系[J].程社新，高智輝，牛志紅.黑龍江科技信息.2014(33)

　　[3]水對尾礦壩穩定性的作用機理研究[J].秦華禮，馬池香.金屬礦山.2008(10)

　　[4]尾礦庫設施穩定性改進對環境的影響和減緩此影響評估方案的進展[J].D.M.麥克海納，S.賈納斯澤烏斯基，R.L.哈拉姆.礦業工程.2003(02)

　　[5]基于不同降雨條件下露天礦邊坡穩定性的分析[J].王德忠.工程建設與設計.2016(10)

　　作者：秦香偉