山东省莱州市某尾矿库坝体稳定性分析报告

1序言1.1项目由来*******************尾矿库位于xx省xx市**************村西北3km处。该尾矿库北临xx湾，南靠沿海防护林带，西面为海鲜养殖场，东面为回水池，属典型的四周筑坝平地型尾矿库。该库占地面积约25万m2，汇水面积23.0万m2，地势平坦。库区基岩以花岗混合岩为主。场地抗震设防烈度为7度，基本地震加速度值0.10g，设计地震分组第二组。****尾矿库由xx省冶金设计院设计，设计总库容为360万m3，设计总坝高为15.0m。根据《选矿厂尾矿设施设计规范》ZBJ1-90和《尾矿库安全技术规程》AQ2005-2006的有关规定，该尾矿库等级为四级。目前，该库坝顶高程达15.20米，坝高13.20米。根据《尾矿库安全技术规程》AQ2005-2006的有关规定，当上游式尾矿坝堆积至1/2～2/3最终设计坝高时，应对坝体进行一次全面勘察，以校核坝体现状的稳定性，为坝体继续加高后的稳定性评价及确定相应的技术措施提供依据。为此，*******************公司（以下简称“我公司”）受**************金矿（以下简称“业主”）的委托，承担了*****尾矿库现状稳定性评价的岩土工程勘察任务。勘察前，业主向我公司提供了一份《*******************金矿尾矿库坝体稳定性分析任务委托书》（详见附件1），我公司按照委托书及现行有关技术规范、标准的技术要求制定了详细的勘察技术方案，编制了勘察纲要，并作为本期勘察工作的指导性文件。根据《岩土工程勘察规范》GB50021-2001，*****尾矿库工程重要性等级为一级，岩土工程勘察等级为甲级。照片1.1为*****尾矿库现状沉积滩。照片1.1*****尾矿库现状沉积滩1.2编制依据根据勘察任务委托书的要求，本期勘察所遵循的技术规范/标准如下：《岩土工程勘察规范》GB50021-2001《岩土工程勘察技术规范》YS5202-2004/J300-2004《选矿厂尾矿设施设计规范》ZBJ1-90《尾矿库安全技术规程》AQ2005-2006《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001《建筑抗震设计规范》GB50011-2001《构筑物抗震设计规范》GB50191-93《水工建筑物抗震设计规范》DL5073-2000《上游法尾矿堆积坝工程地质勘察规程》YBJ11-86《建筑工程地质钻探技术标准》JGJ87-92《原状土取样技术标准》JGJ89-92《土工试验方法标准》GB/T50123-1999《岩土工程勘察报告编制标准》CECS99：98《*****尾矿库坝体稳定性分析任务委托书》1.3编制目的及任务1.3.1（1）分析、验证现状坝体的稳定性；（2）为坝体继续加高的稳定性评价提供依据；（3）为尾矿库的安全和环境评价提供依据。1.3.2（1）查明尾矿堆积体的性质、组成、分布规律及其密实程度；（2）查明尾矿材料的物理力学指标；（3）查明现状坝体浸润线的位置，给出坝体浸润线的主剖面图。（4）根据《*****尾矿库坝体稳定性分析任务委托书》的要求，通过对现状坝体的勘察，需进行如下分析研究工作：①沿垂直初期坝坝体轴线的1-1’、2-2’、3-3’、4-4’剖面建立二维渗流数值计算模型，分别按勘察期间的库内现状水位标高和设计最高洪水位标高两种不同水位运行工况，对现状堆积坝坝顶标高状况下的坝体渗流稳定性进行数值分析计算；=2\*GB3②沿垂直初期坝坝体轴线的1-1’、2-2’、3-3’、4-4’剖面建立二维坝体抗滑安全系数计算模型，分别按勘察期间的库内现状水位标高和设计最高洪水位标高两种不同水位运行工况，采用现行有关技术规范所推荐的计算坝体抗滑安全系数的计算方法，对现状堆积坝坝顶标高状况下的坝体静力、地震荷载作用下的抗滑稳定性进行计算分析，并按照现行有关技术规范所规定的坝体在不同运行工况下的抗滑稳定最小安全系数的要求，分析评价现状坝体在不同运行工况下的抗滑稳定性。1.4自然地理概况1.4.1库区自然地理位置*****尾矿库位于xx省xx市**********西北3公里处。库区南距xx市区23公里，东面为xx港。矿区有简易公路与蓝（村）-三（三山岛）公路相通，可直达蓝村火车站；南距威乌高速公路25公里，经此可抵青岛、烟台、潍坊、济南等地，海陆交通均1.4.2气象该区属暖温带大陆性季风气候，昼夜温差较小，四季分明。春夏多东南风，秋冬季多西北风。据xx市气象站45年（1959～2004年）的气象资料，区域的历年平均气温12.5ºC，极端最高气温38.9ºC，极端最低气温-17ºC。雨季多集中在7～9月份，年平均降水量595.77mm，最大降水量1204.8mm，年最小降水量313.8mm，最长连续降水为4天，将水量208.8mm，年最大蒸发量2379mm，年最小蒸发量1779.2mm，年平均相对湿度63.87%。区域的最大积雪深度200mm，最大冻土深度680mm，每年的11月份至次年的3月为霜冻期，最长冰冻期为1.4.3区域地质构造与地震库区北邻渤海xx湾，属滨海沙滩地貌，区内无大的断裂构造通过。地层主要为第四系全新统海陆交互成因的中砂、粉质粘土（局部），粗砾砂、粉质粘土，基底为太古界花岗混合岩。根据《中国地震动参数区划图》GB18306-2001，场地位于抗震设防烈度7度区，设计基本地震加速度值为0.10g，所属设计分组为第二组。1.5工作方法、完成工作量及质量评述本期勘察野外工作于2008年4月30日设备进场，2008年5月1日开始正式野外勘察作业，于5月表1.1野外投入的主要仪器设备名称型号数量（台/套）钻机XY-130型2水准仪SOUTHAL241现场注水试验设备自制1表1.2室内试验投入的主要仪器设备名称型号生产厂家静三轴剪力仪SJ—1A型静三轴剪力仪南京自动化土壤仪器厂直剪仪DSJ-3型电动四联等应变直剪仪南京宁曦土壤仪器有限公司固结仪GJY—800型低压固结仪南京宁曦土壤仪器有限公司表1.3参加本工程的主要技术人员及分工参加单位姓名职称负责项目**********有限公司***工程师工程负责人，全面负责现场施工并编写勘察报告***工程师协助工程负责人负责现场施工和安全检查****教授级高工负责报告的审定及分析计算方面的论证***工程师负责勘察方案及报告的审核***工程师负责室内土工试验（1）工作方法勘察方法采用钻探和原位测试（标准贯入试验）相结合的综合勘察方法。本次勘探所布钻孔均为取土标贯孔。在尾矿堆积体中钻进时，钻探方法采用套管护壁冲击钻进或螺纹钻干钻（地下水位以上）和泥浆护壁回转钻进（地下水位以下）相结合的钻探工艺，回次进尺1.0m。（2）完成工作量根据《上游法尾矿堆积坝工程地质勘察规程》YBJ11-86的有关规定，并结合现状尾矿库的实际地形条件，本期勘察共布置了4条勘探线（勘探线编号为1～4号），18个钻探孔、6个人工取土探井和6组现场注水试验。本期勘察所完成的野外工作量详见表1.4。表1.4*****金矿**分矿尾矿库现状稳定性评价野外工作量一览表项目分类序号工作项目工作量主要内容野外勘察1勘探线及勘探点测放3条/18个孔勘探线3条，钻探孔18个2钻探孔18个孔钻探总进尺4213取土探井6个挖掘总进尺12原位测试4标准贯入试验195次试验间距1～2m取土（水）试样5采取原状土试样19件原始地层中的粉质粘土6采取扰动土试样166件尾矿砂和原始地层砂类土7采取水试样2件库内水试样1件，库外水试样1件野外注水试验8现场注水试验6组采用单环法，试验对象为沉积滩上的浅层尾矿砂2尾矿库基本情况2.1企业概况*****金矿前身为仓上金矿,是“七五”期间发展起来的一座采、选、冶综合配套的大型黄金矿山。1986年建矿，历经三期改扩建工程，生产规模达2500吨/日。现有职工1418人，下设九个处室、七个生产车间，固定资产2.03亿元。露天矿2005年5月份闭坑，仓上金矿正式转入井下生产，其中*****矿区为仓上金矿主要生产接续车间。*****金矿区2001年10月正式开工建设，2005年9月投产，生产能力1500吨/日。2006年5月，*****公司全资收购该金矿，企业更名为*****公司*****分矿。2.2尾矿库现状及运行情况***************金矿***分矿尾矿库位于xx市*****村西北，该尾矿库始建于2002年10月，2002年11月建成投入使用，2005年9月二次坝体加高，2005年10月二次坝体加高完工。该尾矿库东西宽约600m，南北长约450m，汇水面积约22.164万m2。目前坝顶最大标高为13.94m，最大坝高为12.94m，全库容约200万m3，设计坝顶标高为17.5m，总坝高16.5m，总库容336万m3,属四周筑坝平地型尾矿库。尾矿输送采用两台泥浆泵，输送管路两条。坝顶尾矿排放管路沿坝顶环形布置，选矿厂外排尾矿浆沿坝内坡排放尾矿。尾矿排放不均，尾矿库东北角和北部尾矿堆存较少，大部分滩面被水覆盖，干滩长度不够。排水设施建于尾矿库东北角，由排水井、排水管组成。排水井为钢结构窗口式圆筒形，直径为0.8m，井高15.5m。井壁厚12mm，每隔250mm高留一层排水孔，每层两个，相邻层排水孔垂直交错布置。排水孔为直径250mm的圆孔管，排水井下部与排水管相接排水管断面直径200mm。排放的澄清水流入尾矿库东北角坝外的回水池，回水池南端设有回水泵站，回水泵站设两台回水泵。回水输送到选厂回收利用。尾矿库初期坝为碾压式土石混合坝，采用砂土料、风化花岗岩和采矿废石混合，逐层碾压。目前，坝顶标高11.47～13.94m，坝底标高1m，平均坝高12m。坝顶宽4-6m，外坡坡比1:1.1~1.5。为防止尾矿水向周围扩散，在尾矿库东、南、西坝体外侧做垂直铺塑防渗处理，坝顶为库区简易道路。尾矿坝设有看坝房，看坝工昼夜值班，负责筑坝和看护，坝顶照明、通讯设施齐全。经现场踏勘，尾矿库初期坝外坡陡于设计尺寸，平均坡比在1:1.1~1.5左右，坝体堆积物呈自然堆放状态，坡面无防护及排水设施，坝体无明显沉陷、滑坡、裂缝、流土和管涌等现象，坡面未发现尾矿水出溢、渗漏现象，运行工况正常。照片2.1～2.4为*****尾矿库初期坝外貌照片2.1*****尾矿库初期坝南部坝体外貌（自东向西）照片2.2*****尾矿库初期坝东部坝体外貌（自南向北）照片2.3*****尾矿库初期坝西部坝体外貌（自南向北）照片2.4*****尾矿库初期坝北部坝体外貌（自北向南）3岩土工程勘察3.1勘察工作概述3.1.1本次勘察的主要目的是：（1）分析、验证现状坝体的稳定性；（2）为坝体继续加高的稳定性评价提供依据；（3）为尾矿库的安全和环境评价提供依据。3.1.2本次勘察的主要任务是：（1）查明尾矿堆积体的性质、组成、分布规律及其密实程度；（2）查明尾矿材料的物理力学指标；（3）查明现状坝体浸润线的位置，给出坝体浸润线的主剖面图。3.1.3勘察方法及要求勘察方法采用钻探、坑探和原位测试（标准贯入试验）相结合的综合勘察方法，同时辅以多组取土探井采取尾矿沉积滩及堆积坝上的浅层Ⅰ级尾矿砂试样。①在尾矿堆积体中钻进时，钻探方法采用套管护壁冲击钻进或螺纹钻干钻（地下水位以上）和泥浆护壁回转钻进（地下水位以下）相结合的钻探工艺，回次进尺1.0m，遇到原始天然地层时，采用75mm口径（N）型双层岩芯管和金刚石钻头钻进，回次进尺1.0～1.5m。②在钻探孔中采取原状和扰动尾矿堆积材料试样，原状尾矿砂试样的采取采用内置环刀的双管单动回转式原状取砂器，原状尾矿土试样的采取采用双管单动回转式保样钻具，扰动尾矿砂、土试样直接从标准贯入器中采取。另外，为了查明浅层尾矿砂的天然密度及其沉积规律，在沉积滩及尾矿堆积坝上布置人工取土探井，采用标准环刀采取原状尾矿砂试样。③为了评价尾矿砂的密实度，在钻探孔中进行标准贯入试验，试验间距1.0～2.5m，试验方法采用质量63.5kg的穿心锤，以76cm的落距自由下落，将标准规格的贯入器贯入砂层30cm，并记录贯入的锤击数。=4\*GB3④为了查明浅层尾矿砂的竖向渗透系数kV，在沉积滩上布置现场试坑注水试验（采用单环法）。=5\*GB3⑤为了评价库内尾矿水对建筑材料的腐蚀性及其腐蚀程度，采取尾矿水试样并进行水质简分析。=6\*GB3⑥根据任务委托书和有关现行技术规范、标准的要求，对野外所采取的尾矿砂、土试样进行有关项目的室内土工试验，评价其物理力学性质，为渗流稳定性和坝体静力抗滑稳定性计算分析提供计算参数。表3.1和3.2分别为本期勘察所采用的各种勘察测试方法及其目的（野外和室内试验）。表3.1野外勘察测试方法项目名称勘察测试目的钻探①、为坝体变形与稳定性分析以及加固方案取得地质岩性剖面；②、采取各种土试料以进行室内土工试验；③、测定地下水位；④、查明坝与库区可能渗漏的途径。取样取土样采取不同深度的尾矿堆积材料试样（原状和扰动），进行野外定名和室内土工试验。取水样①、采取水试样进行水质简分析，以获得尾矿水所含的化学元素；②、分析评价水对建筑材料的腐蚀性及其腐蚀程度。原位测试标准贯入试验①、评价尾矿砂的密实度，估算尾矿砂的相对密度Dr；②、判定在地震作用下尾矿砂发生液化的可能性并评价其液化程度。现场注水试验测定浅层尾矿堆积材料的竖向渗透系数kV，评价其渗透性。表3.2室内主要试验项目试验项目名称试验目的照片3.1为钻机在尾矿沉积滩上现场钻探。照片3.1钻机在尾矿沉积滩上现场钻探（钻机型号XY-130型）3.1.4工作量布置①勘察工作量布置原则本期勘察的工作量布置原则按照《上游法尾矿堆积坝工程地质勘察规程》YBJ11-86、《岩土工程勘察技术规范》YS5202-2004/J300-2004中的有关规定进行。勘探线沿垂直初期坝坝体轴线布设，勘探线长度自尾矿堆坝下游30m左右起直至堆场内干面滩边缘。勘探点沿勘探线布置，一般性勘探点深度以达到堆场原自然地面以下稳定地层为准；控制性勘探点的深度以能查明原自然地面以下可能存在的软弱地层为准。②勘察试验工作量遵循上述勘探布置原则，并结合现状尾矿库的实际地形条件，本期勘察共布置了4条勘探线（勘探线编号为1～4号），18个钻探孔6个人工取土探井6组现场注水试验。野外勘察工作量布置详见附图“勘探点平面布置图（图号2008K064-3）”，本期勘察所完成的野外、室内试验及坝体渗流稳定性及抗滑稳定性分析计算工作量详见表3.3。表3.3*****尾矿库现状稳定性评价勘察试验研究工作量一览表项目分类序号工作项目工作量主要内容野外勘察1勘探线及勘探点测放4条/18个孔勘探线4条，钻探孔18个2钻探孔18个孔钻探总进尺4223取土探井6个挖掘总进尺12原位测试4标准贯入试验195次试验间距1～2m取土（水）试样5采取原状土试样19件6采取扰动土试样166件7采取水试样2件库内1件，库外1件野外注水试验8现场注水试验6组采用单环法，试验对象为沉积滩上的浅层尾矿砂室内试验9水质简分析试验2页10一般物性试验12组尾矿砂12组次11颗粒分析试验10页尾矿砂70件，原始地层130件12直剪固结快剪试验12组尾矿砂6组13静力三轴压缩试验（固结不排水CU试验）12组尾矿砂12组次，试验同时测定孔隙水压力，以获得有效应力法的抗剪强度指标坝体渗流稳定性数值分析14二维渗流数值模拟分析4个剖面模型/2种水位工况对现状堆积标高13.5m下的1-1’、2-2’、3-3’、4-4’工程地质主剖面建立二维渗流数值计算模型，分别按库内现状水位标高11.56m和最高洪水位标高坝体抗滑稳定性数值分析15坝体抗滑安全系数计算4个剖面模型/4种运行工况对现状堆积标高13.5m下的1-1’、2-2’、3-3’、4-4’工程地质主剖面建立二维坝体抗滑安全系数计算模型，分别按库内现状水位标高11.56m和最高洪水位标高3.2库区土层的岩土工程地质特性*****尾矿库采用上游池填法筑坝工艺，尾矿堆积体的颗粒分布比较杂乱，为便于渗流及坝体稳定性的计算分析，本期勘察按照物理力学性质相近的原则，采用概化模型对尾矿堆积体进行工程地质分层。根据本期勘察的钻探揭露结果，可将库区的地层自上而下划分为两种类型：即尾矿堆积材料（尾矿砂和尾矿土）和库基原始天然地层。尾矿砂主要为尾粉砂，且局部夹尾矿土薄层，并常出现互层，具倾向库内的微细交错层理是尾矿堆积材料特有的沉积特征。初期坝为碾压式土石混合坝，采用砂土料、风化花岗岩和采矿废石混合，逐层碾压。为防止尾矿水向周围扩散，在尾矿库东、南、西坝体外侧做垂直铺塑防渗处理。库基原始天然地层主要为海陆交互成因的中砂、粉质粘土（局部），粗砾砂、粉质粘土，基底为太古界花岗混合岩。根据野外钻探、原位测试和室内土工试验结果，经综合分析，并经概化后将尾矿材料划分为两个主层，即=2\*GB3②层尾粉砂（松散）、=3\*GB3③层尾粉砂（稍密），库区各层岩土的岩性特征及其分布情况详见表3.4。表3.4*****尾矿库库区地层岩性特征一览表岩土层类别岩土层岩土描述状态厚度变化范围（m）层底标高变化范围（m）分布情况地质时代及成因编号名称人工堆积材料Q4ml=1\*GB3①素填土（初期坝）灰白-灰褐色,主要有风化花岗岩,采矿废石,砂土料混合组成,稍密-密实,稍湿。稍密-密实3.8～10.51.34～4.87分布于尾矿沉积滩及初期坝坝坡=2\*GB3②尾粉砂灰色-褐黄色,主要矿物成分为长石,石英,云母及其它暗色矿物,混粒结构,次棱角状,具交错层理,局部有尾粉土夹层,稍湿-湿,松散,地下水位以下呈饱和状态。松散2.2～7.84.36～9.52=3\*GB3③尾粉砂灰色-褐黄色,主要矿物成分为长石,石英,云母及其它暗色矿物,混粒结构,次棱角状,具交错层理,局部有尾粉土夹层,稍湿-湿,稍密,地下水位以下呈饱和状态稍密-中密1.4～4.21.27～4.89库区天然地基Q4mc=4\*GB3④粉质粘土灰褐色,无摇振反应,切面稍光滑,干强度及韧性较高,软塑-可塑软塑-可塑1.8～2.30-0.93～-0.06库区南部=5\*GB3⑤中砂黄褐色,石英-长石质,混粒结构,次棱角状,含少量贝壳碎片,湿-饱和,稍密-中密稍密-中密0.70～8.20-6.86～3.29整个库区=6\*GB3⑥粗砾砂黄褐色,石英-长石质,混粒结构,次棱角状,含少量贝壳碎片,饱和,中密-密实中密-密实1.40～7.40-11.54～-3.50整个库区=6\*GB3⑥1粉土黄褐色,摇振反应中等,切面无光泽反应,干强度低,韧性低,湿,密实密实1.90～3.70-7.71～-5.40库区东部（夹层）=7\*GB3⑦粉质粘土黄褐色,切面稍有光滑,无摇震反应,干强度中等,韧性中等,可塑-硬塑可塑-硬塑0.7～9.4-17.16～-6.20库区东部=7\*GB3⑦1中砂黄褐色,石英-长石质,混粒结构,次棱角状,含少量贝壳碎片,饱和,密实密实4.40～4.90-11.66～-11.11库区东部（透镜体）Ar=8\*GB3⑧强风化花岗混合岩灰白色-棕黄色,主要由石英,长石和云母等矿物成分组成,原岩结构大部分破坏,风化裂隙很发育,岩芯扰动呈碎块状,岩体破碎,属软岩,岩体基本质量等级为Ⅴ类,干钻不易钻进,合金钻方可钻进。较硬最大揭露厚度3.20m在勘探深度范围内未揭穿分布于整个尾矿库库区3.2.1初期坝的物理力学性质尾矿库初期坝为碾压式土石混合坝，采用砂土料、风化花岗岩和采矿废石混合，逐层碾压。目前，坝顶标高11.47-13.94m，坝底标高1m，平均坝高12m。坝顶宽4-6m，设计内外坡坡比1：2，现状坝体外坡坡比1：1.5，为防止尾矿水向周围扩散，在尾矿库东、南、西坝体外侧做垂直铺塑防渗处理，坝顶为库区简易道路。初期坝的物理力学指标根据现场钻探结果、原位测试结果及现场踏勘、分析原有的设计资料并结合地区经验对其进行评价。初期坝的物理力学指标经验值见表3.5。表3.5初期坝的物理力学指标经验值岩土名称重力密度r（kN/m3）重力密度r（kN/m3）抗剪强度渗透系数KV(cm/s)水位以上水位以下C（kPa）（°）素填土（初期坝）1818.55355.810-33.2.2尾矿堆积材料的物理力学性质本期勘察以原位测试（标准贯入试验）和室内各种土工试验结果作为评价尾矿堆积材料物理力学性质的主要依据，并结合野外钻探和其它测试方法进行综合评价分析。（1）尾矿堆积材料的原位测试结果分析本期勘察在钻探孔中对尾矿堆积体自上而下均进行了标准贯入试验，并以此试验结果作为划分尾矿砂密实度的主要依据。表3.6为库区各层尾矿堆积材料的标准贯入试验锤击数N实测值统计结果。表3.6库区各层尾矿堆积材料标准贯入试验锤击数(N)实测值统计结果岩土层编号岩土名称统计个数界限值(击)平均值(击)标准差(击)变异系数=2\*GB3②尾粉细砂464-106.331.610.25=3\*GB3③尾粉细砂1211-2516.084.800.30从实测的数据可以看出，表层及中上部尾矿砂较松散，中下部较密实，尾矿砂的密实度总体上呈随深度的增大而增大的正相关变化趋势。（2）尾矿堆积材料的室内土工试验结果分析本期勘察对野外所采取的尾矿堆积体试样（原状样和扰动样）进行了若干组项的室内土工试验，试验项目主要包括一般物性试验、颗粒分析试验、相对密度（Dr）试验、标准固结试验、直剪固结快剪试验、固结排水（）条件、固结不排水（）条件以及固结不排水测孔隙水压力（）条件下的静力三轴压缩试验。=1\*GB3①一般物性试验为了获取尾矿堆积材料的一般物理性质的各项指标，本期勘察在各坝区的尾矿沉积滩及堆积坝体上共布置了6个取土探井，在探井中采用标准环刀采取浅层原状尾矿砂试样，同时，在部分钻探孔中采用原状取砂器采取了原状尾矿砂和尾矿土试样，并对这些试样进行了一般物性试验。试验结果详见附表“土的物理力学性质试验成果表（图号2008K064-6）”。表3.7为库区尾矿堆积材料的物理性质试验统计结果。表3.7库区尾矿堆积材料物理性质试验统计结果岩

土

编

号岩

土

名

称统

计

项

目含水率

ω

(%)比重

Gs重力密度

γ

(kN/m3)干重度

γd

(kN/m3)孔隙比

e孔隙度

n

(%)饱和度

Sr

(%)=2\*GB3②尾粉细砂（松散状态）统计个数6666666最大值11.302.7118.6016.800.6539.3047.70最小值10.502.7118.2016.400.6138.0044.10平均值10.822.7118.4016.620.6338.7046.40标准差0.310.000.140.150.010.501.37变异系数0.030.000.010.010.020.010.03=3\*GB3③尾粉细砂（稍密状态）统计个数6666666最大值12.702.7119.0017.000.6238.4056.70最小值11.402.7118.7016.700.6037.3050.30平均值12.232.7118.8816.830.6137.9054.30标准差0.500.000.120.100.010.362.15变异系数0.040.000.010.010.010.010.04=2\*GB3②颗粒分析试验为了对尾矿砂进行定名并获得各项级配指标，室内对野外所采取的尾矿砂试样（原状样和扰动样）均进行了颗粒分析试验，试验方法采用筛析法。根据颗粒分析试验结果，绘制了尾矿砂的颗粒大小分布曲线，同时，给出了尾矿砂的有效粒径d10、中间粒径d30、平均粒径d50和限制粒径d60，并根据这些数据计算出了不均匀系数Cu和曲率系数Cc，尾矿砂试样的颗粒分析试验曲线及结果详见附图“尾矿砂颗分试验曲线（图号2008K064-9）”和附表“土的物理力学性质试验成果表（图号2008K064-6）”。表3.8为尾矿砂的级配指标统计结果。表3.8*****尾矿库尾矿砂级配指标统计结果统计项目级配指标有效粒径d10（mm）中间粒径d30（mm）平均粒径d50（mm）限制粒径d60（mm）不均匀系数Cu曲率系数Cc尾粉砂统计个数474949494747范围值0.01-0.050.03-0.150.09-0.230.12-0.274.41-45.601.20-4.67平均值0.010.080.170.2125.092.95标准差0.010.030.020.0313.490.79变异系数0.820.320.140.120.540.27由表3.8可以看出，*****尾矿库现状沉积滩内尾矿砂的有效粒径d10变化于0.03～0.05mm之间，平均值为0.01mm；尾矿砂的平均粒径d50变化于0.09～0.23mm之间，平均值为0.17mm；尾矿砂的不均匀系数Cu变化于4.41=3\*GB3③直剪固结快剪试验和静力三轴压缩试验室内静力三轴压缩试验所获得的尾矿堆积材料在固结不排水（）条件下的总应力法和有效应力法抗剪强度试验结果详见附图“静力三轴试验成果图表（图号2008K064-7）”。表3.9为室内通过不同剪切试验方法所获得的尾矿堆积材料的抗剪强度指标统计结果。表3.9*****尾矿库尾矿堆积材料抗剪强度指标统计结果土层编号岩土层名称统计项目直剪固结快剪三轴压缩（固结不排水）总应力法三轴压缩（固结不排水）有效应力法粘聚力Ccq（kPa）内摩擦角φcq（°）粘聚力Ccu（kPa）内摩擦角φcu（°）有效粘聚力C’（kPa）有效内摩擦角φ’（°）=2\*GB3②尾粉细砂（松散状态）统计个数666666范围值3.2～7.126.5～28.63.9～6.528.2～31.43.4～5.130.9～35.6平均值4.827.54.4329.33.9832.33标准差1.80.840.941.420.610.14变异系数0.370.030.210.050.150.004标准值3.3226.813.6528.133.4832.22=3\*GB3③尾粉细砂（稍密状态）统计个数666666范围值1.10～4.0027～29.42.30～5.928.9～32.22.10～8.6032.4～36.2平均值2.9728.124.3330.224.7533.75标准差1.071.041.401.452.151.59变异系数0.360.040.320.050.450.05标准值2.0827.263.1729.022.9832.44=4\*GB3④水质简分析本期勘察分别在沉积滩集水坑中和西部坝外排洪沟各采取1件水试样（试样编号依次为1#、2#），并进行了水质简分析，分析结果详见附件2《水质分析报告》，表3.10为水质分析的主要分析指标统计结果。表3.10*****尾矿库库区水质简分析主要指标一览表1#样（库内）阳离子Na+、Mg2+、Ca2+、K+（按含量由大到小排序）阴离子Cl-、SO42-、HCO3-（按含量由大到小排序）总矿化度34120.52mg/L总硬度9097.39mg/L总碱度80.64mg/L总酸度45.48mg/L游离CO219.99mg/LPH值7.332#样（库外）阳离子Na+、Mg2+、Ca2+、K+（按含量由大到小排序）阴离子Cl-、SO42-、HCO3-（按含量由大到小排序）总矿化度28198.40mg/L总硬度5721.73mg/L总碱度193.54mg/L总酸度27.29mg/L游离CO212.00mg/LPH值7.39根据水质分析结果可知，沉积滩内地下水与库外排洪沟所排放出的尾矿水的化学类型均属Cl·SO4—Na·Mg型水。根据《岩土工程勘察规范》GB50021-2001中第12.2.1～12.2.5条关于地下水对建筑材料的腐蚀性评价之规定，库区水对建筑材料的腐蚀性评价结果见表3.11和表3.12。表3.11*****尾矿库库内水对建筑材料的腐蚀性评价结果场地环境类型Ⅱ类水对混凝土结构的腐蚀等级中腐蚀水对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀等级长期浸水弱腐蚀干湿交替强腐蚀水对钢结构或钢管道的腐蚀等级中腐蚀表3.12*****尾矿库库外水对建筑材料的腐蚀性评价结果场地环境类型Ⅱ类水对混凝土结构的腐蚀等级中腐蚀水对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀等级长期浸水弱腐蚀干湿交替强腐蚀水对钢结构或钢管道的腐蚀等级中腐蚀3.2.3库区天然地基岩土的物理力学性质本期勘察在勘探深度范围内，揭露到五层天然地基岩土层，主要为海陆交互成因的中砂、粉质粘土（局部），粗砾砂、粉质粘土，基底为太古界花岗混合岩。根据所搜集到的区域地质资料和历史地震资料分析，库区内没有大的断裂构造通过，历史上没有大的地震记录，场地是稳定性的。坝基土层的标准贯入试验锤击数N实测值统计结果见表3.13，坝基土层的物理力学指标统计结果见表3.14。表3.13库区各层尾矿堆积材料标准贯入试验锤击数(N)实测值统计结果岩土层编号岩土名称统计个数界限值(击)平均值(击)标准差(击)变异系数=5\*GB3⑤中砂3910-4122.107.370.33=6\*GB3⑥粗砾砂4518-7934.969.660.28表3.14坝基土层的物理力学指标统计表岩土

编号岩土名称统计

项目质量

密度

ρ

(g/cm3)天然含水量

ω

(%)土粒

比重

Gs天然孔隙比

e液限

ωL

(%)液性

指数

IL塑性

指数

IP直剪压缩系数压缩模量有效

粒径

d10

(mm)平均

粒径

d50

(mm)界限

粒径

d60

(mm)不均匀

系数

Cu曲率

系数

Cc内摩擦角

φq(度)粘聚力

Cq(kPa)α

0.1-0.2

(1/MPa)Es

0.1-0.2

(MPa)=4\*GB3④粉质粘土统计个数66226665566最大值1.9931.92.720.87831.61.0912.930.7029.800.436.68最小值1.9124.42.700.68827.90.6610.319.006.600.224.37平均值1.9427.92.710.78329.80.8211.625.5222.620.315.74标准差0.0373.4411.5810.2091.1780.070.84变异系数0.0190.1230.0530.2530.1020.230.15=5\*GB3⑤中细砂统计个数3232323232最大值0.330.931.1244.605.50最小值0.010.160.223.450.67平均值0.050.340.4314.312.65标准差0.060.160.2211.311.26变异系数1.100.480.520.790.48=6\*GB3⑥粗砾砂统计个数4141303030最大值0.454.667.20213.812.47最小值0.020.190.233.100.53平均值0.141.321.8720.941.24标准差0.091.172.1538.370.62变异系数0.650.891.151.830.50=6\*GB3⑥1粉土统计个数14221414222222771414最大值2.1324.82.690.71226.51.659.232.528.50.3615.38最小值1.9713.12.680.42319.2-0.51420.218.60.14.14平均值1.9219.372.680.5423.030.506.9128.2322.690.237.95标准值1.6818.122.680.5022.250.286.3424.6420.140.196.27标准差0.503.350.0040.092.090.581.534.863.440.083.51变异系数0.260.170.0020.160.091.170.220.170.150.370.443.2.4库区抗震设防烈度**********尾矿库位于xx省xx市*****村西北，根据《中国地震动参数区划图》GB18306-2001和《建筑抗震设计规范》GB50011-2001中附录A，库区位于抗震设防烈度7度区，设计基本地震加速度值为0.10g，所属的设计地震分组为第二组。根据《构筑物抗震设计规范》GB50191-93附录F“尾矿坝的抗震等级”之规定，*****尾矿库的抗震等级为四级。4坝体稳定性分析尾矿库的坝体稳定性对整个尾矿库的正常运行及下游人民生命财产的安全至关重要，国内外由于尾矿坝溃坝所造成的生命财产损失是相当严重的，因此，对尾矿坝的稳定性分析评价也显得尤为重要。按照本期委托书的任务要求及现行有关技术规范、标准的规定，需对*****尾矿库按现状堆积坝顶标高13.5m时的堆积高度建立二维计算模型，分别按尾矿库的正常运行和洪水运行两种工况，计算分析坝体在静力和动力4.1计算方法4.1.1渗流数值模拟方法（1）渗流数值模拟所采用的计算分析软件本次对现状*****尾矿库的渗流数值模拟采用目前国内流行的理正渗流分析软件，该软件是由北京理正软件设计研究院开发。该软件主要分析土体中的渗流问题。适用于勘察、设计等单位进行土堤、土坝的渗流分析、闸坝地基的渗流分析、堤防的渗流分析、基坑降水的流场分析等。（2）渗流计算分析理论简介采用理正渗流分析软件对现状*****尾矿库进行渗流数值模拟及稳定性分析时，以线性达西定律为基础：假定尾矿库渗透水在尾矿堆积体内流动时做低雷诺数的层流运动，此时渗透水的运动符合达西线性渗透定律，即水的流速在数值上与其水力坡度成正比，其数学表达式为：式中—（平均）渗流速度（cm/s）；—介质的渗透系数（cm/s）；—水力坡度（无量纲）。在实际的地下水流中，水力坡度往往是各处不同的，此时达西定律的一般性表达式为：式中—水力坡度。4.1.2坝体稳定性计算方法（1）计算分析软件简介本次对坝体抗滑稳定性的计算分析同样采用由北京理正软件设计研究院开发的理正边坡稳定分析软件，该软件具有下列功能：具有通用标准、《堤防工程设计规范》GB50286-98、《碾压式土石坝设计规范》SDJ218-84、《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001、《浙江省海塘工程技术规范》五种标准，以满足不同行业的要求；提供三种地层分布模式（等候地层、倾斜地层、复杂地层），可满足各种地层条件的要求；可计算边坡的稳定安全系数及剩余下滑力；提供多种方式计算边坡的稳定安全系数；对于圆弧滑动稳定计算，提供瑞典条分法、简化Bishop法及Janbu法；对于折线滑动稳定计算，提供简化Bishop法、简化Janbu法、摩根斯顿-普赖斯法。可按不同的工况——施工期、稳定渗流期、水位降落期计算堤坝的稳定性（包括总应力法及有效应力法）；可考虑地震作用、外加荷载及锚杆、锚索、土工布等对稳定的影响；详细考虑水的作用，包括堤坝内部、外部水的作用；尤其方便的是可以将渗流软件分析的流场数据直接应用到稳定分析，是计算结果更逼近真实状况；具有图文并茂的交互界面；具有对计算过程的信息查询及计算过程图形显示功能，可视化程度高；（2）坝体抗滑稳定性计算分析方法=1\*ROMANI.坝体内潜在滑裂面的确定本次基于理正边坡稳定分析软件对坝体进行静力分析计算，该软件提供自动搜索最小稳定安全系数的方法，对于较复杂的地质条件，先指定区域搜索，分不同精度进行分析，逐步逼近最优解，从而确定最危险滑裂面的位置。=2\*ROMANII.坝体潜在滑裂面上抗滑安全系数计算方法为了计算坝体内潜在滑裂面在静力条件和地震作用下的抗滑安全系数，评价坝体的抗滑稳定性，假定坝体内的潜在滑裂面形状为圆弧形，采用北京理正边坡稳定计算软件，按有效应力法分别采用规范所推荐的“瑞典条分法”和“简化Bishop法”计算坝体在静力条件下潜在滑裂面上的抗滑安全系数，并采用拟静力法计算坝体所受的地震作用力，以计算在地震作用条件下潜在滑裂面上的抗滑安全系数。图4.1圆弧形滑裂面示意图各种计算方法计算抗滑安全系数的具体公式如下：①采用不计及条块间作用力的“瑞典条分法”按有效应力法计算圆弧滑裂面上的安全系数公式为：②采用计及条块间作用力的“简化Bishop法”按有效应力法计算圆弧滑裂面上的安全系数公式为：以上两式中—整个滑体剩余下滑力计算的安全系数；—单个土条的滑动面长度（m），；—条块重力（kN），浸润线以上取天然重度，以下取饱和重度；—条块所受到的浮力（kN）；—条块的重力线与通过此条块底面中点半径之间的夹角（°）；—条块所受的渗透力（kN），根据孔隙水压力梯度场积分得出；—条块的渗透力与水平线的夹角（°）；—单个土条的宽度（m）；—土的粘聚力（kPa），采用有效应力法时，取有效粘聚力；—土的内摩擦角（°），采用有效应力法时，取有效内摩擦角。③水的渗透力计算方法按照边坡稳定有效应力分析方法的基本理论，取土骨架为隔离体，上述安全系数计算公式中直接出现水的渗透力。渗透力对抗滑力的贡献（分子）：；渗透力对下滑力的贡献（分母）：；当孔隙水压力由软件近似计算时，土条中的渗透力按下式计算：式中—第i个土条中的渗透力（kN），其作用方向与水平面夹角为；—水的重力密度（kN/m3），=10kN/m3；—第i个条块滑体的饱水面积（m2）；—第i个条块滑体中水的水力梯度；—第i个条块右侧的水头高度（m）；—第i个条块左侧的水头高度（m）；—第i个条块中水的渗透路径长度（m）。④采用拟静力法计算地震力在地震作用条件下，对坝体内潜在滑裂面进行抗滑安全系数计算时，采用拟静力法，即把坝体各质点的地震惯性力当作静力作用在该质点处，用以计算坝坡滑裂体的抗滑安全系数。地震力的计算公式如下：地震力对抗滑力的贡献（分子）：；地震力对下滑力的贡献（分母）：；式中—作用于第i个土条的地震力（kN），作用方向为土条滑动方向，按下式计算：—第i个土条地震力计算的重要性系数，一般为0.6～1.7；—第i个土条地震力计算的综合影响系数，取=0.25；—水平地震系数，根据地震烈度按下表采取；水平地震系数地震基本烈度（度）789水平地震系数0.10（0.15）0.20（0.30）0.40注：括号内数值用于设计基本地震加速度值为0.15g和0.30g的地区。—地震加速度分布系数，对于一般工程，取=1.0；—第i个土条的重力（kN），有地下水时，包括地下水的重力；其它符号意义同前。通过采用上述计算坝体抗滑安全系数的不同计算方法，根据计算结果，与现行有关技术规范所规定的坝体在不同运行工况下的抗滑稳定最小安全系数相比较，综合分析评价现状坝体在静力和地震作用条件下的抗滑稳定性。4.2计算剖面及参数确定4.2.1计算剖面根据业主向我公司所提供的“xx黄金集团*****尾矿库现状综合平面图”以及本期勘察的成果资料，按照物理力学性质相近的原则对尾矿堆积体进行了概化，并沿垂直初期坝坝体轴线的1-1’、2-2’、3-3’、4-4’工程地质剖面建立二维数值计算模型，分别按库内现状水位标高11.56m正常运行和最高洪水位标高12.16m计算剖面如图4.2～4.5所示。沉积滩沉积滩初期坝库区基岩初期坝库区基岩图4.2*****尾矿库北部坝体1-1’图4.3*****尾矿库西部坝体2-2’剖面图4.4*****尾矿库南部坝体3-3’剖面图4.5*****尾矿库东部坝体4-4’剖面4.2.1计算参数由于尾矿具有其特殊的沉积规律，具有明显的交错层理，经常出现砂、土互层的情况，使含水层的水平渗透性比竖向渗透性大，从而影响了水的下渗，形成比较强的层流。这些情况在室内试验很难反映出来，结合以往的工程经验和本次现场渗水试验的结果给出了库区各岩土层渗透系数建议值。表4.1*****尾矿库浅层尾矿砂现场渗水试验结果统计表（单环法）岩土层编号岩土层名称统计项目竖向渗透系数kv（cm/s）（m/d）=2\*GB3②尾粉砂（松散状态）统计个数66范围值1.0×10-4～2.5×10-40.086～0.21平均值1.5×10-40.13表4.2*****尾矿库库区各岩土层渗透系数建议值岩土层编号岩土层名称分布部位渗透系数(cm/s)水平向kH竖向kV=1\*GB3①素填土初期坝5.8×10-35.8×10-3=2\*GB3②尾粉砂沉积滩1.2×10-41.2×10-5=3\*GB3③尾粉砂沉积滩1.0×10-41.0×10-5=4\*GB3④粉质粘土（软塑）原始地层6.0×10-66.0×10-6=5\*GB3⑤中砂原始地层1.5×10-31.5×10-3=6\*GB3⑥粗砾砂原始地层2.3×10-22.3×10-2=7\*GB3⑦粉质粘土（硬塑）原始地层6.0×10-66.0×10-6=8\*GB3⑧强风化花岗岩原始地层1.0×10-61.0×10-6根据本次对现状*****尾矿库的勘察试验结果，基于理正边坡计算分析软件，对现状坝体进行静力稳定性计算所需的各层岩土的物理力学参数列于表4.3。表4.3*****尾矿库现状坝体静力稳定性计算物理力学参数岩土编号岩土层名称重度γ（kN/m3）饱和重度γsat（kN/m3）有效粘聚力C（kPa）有效内摩擦角φ（°）=1\*GB3①风化料（初期坝）1818.5535②尾粉砂（松散）17.4183.532=3\*GB3③尾粉砂（稍密）1818.6332.3=4\*GB3④粉质粘土（软塑）19191218=5\*GB3⑤中砂1818.5033=6\*GB3⑥粗砾砂17.518035=7\*GB3⑦粉质粘土（硬塑）20201820=7\*GB3⑦1中砂1818.5035=8\*GB3⑧强风化花岗岩222280404.3计算工况及荷载组合4.3.1渗流稳定性计算工况渗流数值模拟的计算初始条件分以下两种情形：①库内现状正常水位标高11.56m②最高洪水位标高12.16m4.3.2坝坡稳定性计算工况本次对垂直初期坝坝体轴线的1-1’、2-2’、3-3’、4-4’工程地质剖面进行二维坝体抗滑稳定性计算，稳定性分析计算采用渗流数值分析计算的几何模型，直接将渗流分析所得到的稳定渗流场导入边坡分析软件中与坝体稳定性计算相耦合，分别按库内现状水位标高11.56m和最高洪水位标高12.16m两种水位工况计算分析现状坝体在静力条件下的稳定性，另外，采用规范所推荐“瑞典条分法”和“简化Bishop法”分别计算坝体在静力、拟静力（按7度设防地震烈度，基本地震加速度值本次对坝体的抗滑稳定性分析计算遵循现行《尾矿库安全技术规程》AQ2005-2006、《选矿厂尾矿设施设计规范》ZBJ1-90、《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001、《构筑物抗震设计规范》GB50191-93和《水工建筑物抗震设计规范》DL5073-2000中的相关规定及要求。对坝体进行静力及动力分析计算时，均采用有效应力法进行计算，不同运行工况下所采用的荷载效应组合见表4.4。表4.4*****尾矿库现状坝体不同运行工况下稳定性分析荷载效应组合序号运行工况运行条件荷载效应组合1库内现状水位标高11.56正常运行库内现状水位标高下坝体自重、坝体内水的渗透压力与坝体及坝基中的孔隙水压力效应组合特殊运行库内现状水位标高下坝体自重、坝体内水的渗透压力、坝体及坝基中的孔隙水压力和地震荷载效应组合2最高洪水位标高12.16洪水运行最高洪水位标高下坝体自重、最高洪水位有可能形成的稳定渗透压力与坝体及坝基中的孔隙水压力效应组合特殊运行最高洪水位标高下坝体自重、最高洪水位有可能形成的稳定渗透压力、坝体及坝基中的孔隙水压力和地震荷载效应组合4.4渗流稳定性计算基于所建立的二维渗流数值计算模型，分别对现状尾矿库在库内现状水位标高11.56m正常运行工况和最高洪水位标高12.16m洪水运行工况下的渗流状况进行数值模拟，各坝体剖面正常运行和洪水运行工况下的主要计算结果列于图4.（a）正常运行工况下的总水头（m）彩色云图（b）正常运行工况下的压力水头（m）彩色云图（c）正常运行工况下的X向水力梯度彩色云图（d）正常运行工况下的Y向水力梯度彩色云图（e）正常运行工况下的坝体浸润线图4.6.1正常运行工况下坝体1（a）洪水运行工况下的总水头（m）彩色云图（b）洪水运行工况下的压力水头（m）彩色云图（c）洪水运行工况下的X向水力梯度彩色云图（d）洪水运行工况下的y向水力梯度彩色云图（e）洪水运行工况下的坝体浸润线图4.6.2洪水运行工况下坝体1-1’（a）正常运行工况下的总水头（m）彩色云图（b）正常运行工况下的压力水头（m）彩色云图（c）正常运行工况下的X向水力梯度彩色云图（d）正常运行工况下的Y向水力梯度彩色云图（e）正常运行工况下的坝体浸润线图4.6.3正常运行工况下坝体2（a）洪水运行工况下的总水头（m）彩色云图（b）洪水运行工况下的压力水头（m）彩色云图（c）洪水运行工况下的X向水力梯度彩色云图（d）洪水运行工况下的y向水力梯度彩色云图（e）洪水运行工况下的坝体浸润线图4.6.4洪水运行工况下坝体2（a）正常运行工况下的总水头（m）彩色云图（b）正常运行工况下的压力水头（m）彩色云图（c）正常运行工况下的X向水力梯度彩色云图（d）正常运行工况下的Y向水力梯度彩色云图（e）正常运行工况下的坝体浸润线图4.6.5正常运行工况下坝体3（a）洪水运行工况下的总水头（m）彩色云图（b）洪水运行工况下的压力水头（m）彩色云图（c）洪水运行工况下的X向水力梯度彩色云图（d）洪水运行工况下的y向水力梯度彩色云图（e）洪水运行工况下的坝体浸润线图4.6.6洪水运行工况下坝体3（a）正常运行工况下的总水头（m）彩色云图（b）正常运行工况下的压力水头（m）彩色云图（c）正常运行工况下的X向水力梯度彩色云图（d）正常运行工况下的Y向水力梯度彩色云图（e）正常运行工况下的坝体浸润线图4.6.7正常运行工况下坝体4（a）洪水运行工况下的总水头（m）彩色云图（b）洪水运行工况下的压力水头（m）彩色云图（c）洪水运行工况下的X向水力梯度彩色云图（d）洪水运行工况下的y向水力梯度彩色云图（e）洪水运行工况下的坝体浸润线图4.6.8洪水运行工况下坝体4由以上渗流数值模拟结果可以看出，在正常运行工况下，尾矿堆积坝坝体内的浸润线埋深较深，且本次勘察时期未发现渗透水出溢坝坡的渗流破坏现象，因此，在现状水位标高下尾矿堆积坝不会发生渗流破坏。在最高洪水位运行工况下，由于南部、东部库区干滩长度较大，浸润线未从坝坡出溢，而北部和西部由于没有干滩长度，浸润线在坝体内的埋深将会抬升并有可能从坡面底部出溢，浸出点水利比降分别达到0.21和0.32，从而发生管涌破坏，影响坝体的稳定性。4.5坝坡稳定性计算假定坝体内潜在滑裂面形状为圆弧形，指定影响坝体局部稳定性或整体稳定性的浅层和深层潜在滑裂面共4条，分别采用规范所推荐的“瑞典条分法”和“简化Bishop法”两种不同的计算坝体内潜在滑裂面抗滑安全系数计算方法，按有效应力法计算在库内现状水位标高11.56m和最高洪水位标高12.16m两种不同水位工况下坝体在静力和拟静力（按7度设防地震烈度，基本地震加速度值0.10g计算）条件下的抗滑安全系数，计算结果列于表4.6，图4.7为各坝体剖面剖面稳定计算简图。表4.表4.5坝坡抗滑稳定最小安全系数运用情况坝的级别4正常运行1.15（1.25）洪水运行1.05（1.15）特殊运行1.00（1.10）注：表中括号中数值为简化毕肖普法计算坝坡抗滑稳定的安全系数根据表4.6的计算结果可知，坝体1-1’、2-2’、3-3’、4-4’剖面在正常运行、洪水运行和特殊运行工况下的最小安全系数均能满足规范范规定的坝坡抗滑稳定最小安全系数的要求。综上所述，在库内现状水位标高11.56m和最高洪水位标高12.16m两种不同水位工况下，无论在静力还是在7度设防地震烈度作用条件下，现状坝体各坝坡的抗滑稳定最小安全系数均能满足规范的要求。表4.6坝体圆弧形潜在滑裂面静力、拟静力抗滑安全系数计算综合成果表计算工况编号滑动圆弧圆心坐标（X，Y）（m）滑动圆弧半径R（m）静力抗滑安全系数拟静力抗滑安全系数瑞典条分法简化Bishop法瑞典条分法简化Bishop法1-1’剖面库内现状水位标高11.56m工况（a）（20，40）251.291.411.101.15（b）（35，45）352.082.881.702.13（c）（30，45）301.942.191.581.71（d）（20，40）301.371.661.171.35库内最高洪水位标高12.16m工况（a）（20，40）251.241.351.061.10（b）（35，45）352.012.731.642.03（c）（30，45）301.882.101.531.64（d）（20，40）301.341.611.141.312-2’剖面库内现状水位标高11.56m工况（a）（2，15）171.161.301.061.15（b）（2，20）251.341.591.221.40（c）（8，30）351.822.081.591.76（d）（5，25）251.801.901.591.64库内最高洪水位标高12.16m工况（a）（2，15）171.151.291.051.15（b）（2，20）251.331.581.211.40（c）（8，30）351.762.001.541.69（d）（5，25）251.801.901.591.64续表4.6坝体圆弧形潜在滑裂面静力、拟静力抗滑安全系数计算综合成果表计算工况编号滑动圆弧圆心坐标（X，Y）（m）滑动圆弧半径R（m）静力抗滑安全系数拟静力抗滑安全系数瑞典条分法简化Bishop法瑞典条分法简化Bishop法3-3’剖面库内现状水位标高11.56m工况（a）（30，30）151.471.591.271.32（b）（30，40）302.042.471.681.95（c）（38，35）282.293.301.862.46（d）（30，30）191.722.151.461.75库内最高洪水位标高12.16m工况（a）（30，30）151.471.591.271.32（b）（30，40）302.032.461.671.94（c）（38，35）282.283.281.852.45（d）（30，30）191.712.141.461.744-4’剖面库内现状水位标高11.56m工况（a）（30，37）151.531.721.331.46（b）（35，45）252.442.692.002.18（c）（40，50）352.683.832.212.91（d）（30，40）201.742.051.501.72库内最高洪水位标高12.16m工况（a）（30，37）151.511.721.321.46（b）（35，45）252.272.691.902.17（c）（40，50）352.673.822.202.90（d）（30，40）201.732.041.501.711-1’剖面稳定计算简图2-2’剖面稳定计算简图3-3’剖面稳定计算简图4-4’剖面稳定计算简图图4.7各坝体稳定计算简图4.6液化稳定性计算根据对国内外尾矿坝事故原因的调查分析，由于地震使坝基和坝体内松散的饱和尾粉砂或尾粉土中产生过大的超孔隙水压力，致使坝体局部甚至整体发生液化，进而导致溃坝或严重沉陷和变形的事故约占20%～30%，因此，有必要对库区的地震效应进行分析评价，表4.7为国内外尾矿坝各种溃坝原因所占比例的统计结果。表4.7国内外尾矿坝各种溃坝原因所占比例统计结果序号事故原因溃坝数量（个）所占比例（%）1地震液化1723.282暴雨1317.803坝体强度不足1115.064地基失稳79.585管涌、坡面渗水79.586上升速度过快68.217溢洪道、输送管失效68.218坝顶安全超高不足22.749初期坝失稳22.7410地下采空区11.4011尾矿漏失11.40根据对现状*****尾矿库库区的工程地质条件、水文地质条件、现状沉积滩坡度及尾矿堆积体内的水位埋深等状况的综合分析，库区的地震效应主要表现为：现状尾矿沉积滩内呈松散～稍密状态的饱和尾粉细砂（=2\*GB3②和=3\*GB3③层）在地震作用下的液化势问题。依据宏观地质定性判别与微观定量判别相结合的原则，首先根据尾矿库所在区域的抗震设防烈度、砂土类型、地貌特征和地质时代、地下水位、上覆土层厚度逐项进行宏观地质定性判别，然后合理选取判别指标和判别公式进行定量判别，最后由综合判别结果给出液化判别的结论。4.6.1饱和尾矿砂液化势宏观地质判别①地貌特征和地质时代尾矿坝属新近人工堆积体，现状尾矿沉积滩局部地段呈松散～稍密状态的尾粉砂（=2\*GB3②和=3\*GB3③层）将长期处于饱和状态，从而为地震液化提供了可能。②砂土类型统计资料表明，地震时容易发生液化的饱和砂土有效粒径（d10）范围为0.05～0.30mm，不均匀系数（Cu）为2～5左右，平均粒径（d50）在0.1mm左右的饱和砂土抗液化性最差。表4.8为*****尾矿库现状尾矿沉积滩内呈松散～稍密状态的尾矿砂的有关颗粒级配指标统计结果。表4.8现状沉积滩内松散～稍密状态尾矿砂颗粒分析试验结果统计表岩土名称统计项目统计指标有效粒径d10（mm）平均粒径d50（mm）不均匀系数Cu尾矿砂（松散～稍密状态）统计个数474947范围值0.01-0.050.09-0.234.41-45.60平均值0.0130.1725.09标准差0.010.0213.49变异系数0.820.140.54根据统计结果可以看出，*****尾矿库现状沉积滩内松散～稍密状态尾矿砂的有效粒径d10变化于0.01～0.05mm之间，平均值为0.013mm；平均粒径d50变化于0.09～0.23mm之间，平均值为0.17mm；不均匀系数Cu1976年唐山“7.28”大地震后，有关单位曾对地表喷出的粉细砂颗粒级配进行了系统分析，其统计资料表明，易液化砂土的有效粒径（d10）范围为0.05mm～0.10mm，平均粒径（d50）范围为0.15～0.30mm，不均匀系数（Cu）为2.00～5.00左右。显然，现状尾矿沉积滩及堆积坝坝坡呈松散～稍密状态的饱和尾矿砂在可液化范围之内。③尾矿砂的密实度地震灾害调查结果表明，密实程度对饱和砂土的液化势有显著影响。通常认为，在抗震设防烈度7度区，对应设计基本地震加速度值0.10g，当饱和砂土的相对密度（Dr）小于48%时，则为可能液化土；当相对密度（Dr）大于64%时，则实际上不发生液化。根据本期勘察尾矿砂的标准贯入试验结果，在现状水位标高条件下，尾矿沉积滩内呈松散～稍密状态的第=1\*GB3①层和=2\*GB3②层饱和尾粉细砂抵抗液化的能力较弱；为评价上述地段松散～稍密状态的饱和尾矿砂的相对密度（Dr），现采用日本学者YasuoYoshida等于1988年建议的经验关系式进行估算，估算公式为：式中—相对密度（%）；—标准贯入试验实测锤击数（不进行杆长修正）；o—有效上覆压力(kPa)。各坝区现状尾矿沉积滩内呈松散～稍密状态的尾矿砂的相对密度（Dr）估算结果见表4.9及其续表。表4.9现状沉积滩内松散～稍密状态尾矿砂相对密度（Dr）估算值钻孔编号现状水位埋深(标高)（m）标贯锤击数实测值N（击）标贯试验点底深度ds（m）有效上覆压力σvo’（kPa）相对密度Dr（%）１1.2（10.44）52.4530.1334.1884.4544.9342.2576.4559.7337.6241.3(10.42)41.4523.7331.1274.1(7.67)41.6528.7130.3053.5561.7730.9175.6582.8135.94118.25102.0545.161410.05115.3750.9386.5(6.41)51.7530.4534.1263.4560.0334.4375.6598.3135.0886.95116.4336.97117.95123.8343.951410.25140.8549.5396.8(5.98)41.6528.7130.3053.4560.0331.0365.6598.3132.13117.75125.3543.881210.25143.8545.23107.4(5.14)51.5526.9734.7163.4560.0334.4355.6598.3128.9677.55129.8733.74148.55137.2749.711410.55152.0749.00136.1(5.76)71.4525.2342.4482.4542.6342.5653.4560.0331.0374.4577.4336.2845.4594.8325.6386.45108.7337.3387.45116.1336.99续表4.9现状沉积滩内松散～稍密状态尾矿砂相对密度（Dr）估算值钻孔编号现状水位埋深（m）标贯锤击数实测值N（击）标贯试验点底深度ds（m）有效上覆压力σvo’（kPa）相对密度Dr（%）148.7(3.84)81.4525.2345.8082.4542.6342.5643.4560.0327.3264.4577.4333.2285.4594.8338.0566.45112.2331.5487.45129.6336.42159.9(3.50)61.4525.2338.8762.4533.1337.4253.4540.5332.7974.4547.9338.8075.4555.3338.0266.4562.7334.221610.4(3.39)41.4525.2330.8552.441.7632.6573.4560.0337.5984.4577.4339.1575.4594.8335.2646.45112.2325.0397.45129.6338.95图4.8为*****尾矿库各坝区现状尾矿沉积滩内呈松散～稍密状态的尾矿砂相对密度（Dr）变化特征散点图。图4.8*****尾矿库现状尾矿沉积滩内尾矿砂（松散～稍密状态）相对密度Dr散点图由上列图表可以看出，各坝区现状尾矿沉积滩内呈松散～稍密状态的尾矿砂相对密度（Dr）估算值介于30.30%～50.93%之间，平均值为36.84%，绝大部分介于30%～45%之间。因此，该部分尾矿砂具备了发生地震液化的内部条件。④上覆非液化土层厚度和地下水位钻探结果表明，现状沉积滩顶离水边较远地段的水位埋深普遍较深，在7度设防地震作用下，该部分的尾矿砂不具备发生液化的条件。而尾矿沉积滩内距离水边较近地段的水位埋深较浅，具备发生地震液化的条件。综合以上液化宏观地质判别结果，*****尾矿库现状尾矿沉积滩内呈松散～稍密状态的饱和尾矿砂在现状水位标高条件下具有发生地震液化的可能。4.6.2饱和尾矿砂液化势微观定量判别现采用标准贯入试验判别法对沉积滩及坝坡上呈松散～稍密状态的尾矿砂在最高洪水位标高状况下遭遇7度设防地震时液化的可能性及其液化程度进行定量判别，液化判别深度为15m（自勘察期间的现状尾矿沉积滩面起算）。标准贯入试验液化判别法计算公式如下：(1)在地面下15m深度范围内，当饱和土的标准贯入锤击数实测值（未经杆长修正）小于液化判别标准贯入锤击数临界值时，应判为液化土。液化判别标准贯入锤击数临界值按下式计算：（≤15）式中—液化判别标准贯入锤击数临界值；—液化判别标准贯入锤击数基准值，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第二组时取8；—饱和土标准贯入点深度（m）；—粘粒含量百分率，当小于3或为砂土时，应采用3。(2)每个钻孔的液化指数按下式计算：式中—液化指数；—在判别深度范围内每一个钻孔标准贯入试验点的总数；、—分别为点标准贯入锤击数的实测值和临界值，当实测值大于临界值时应取临界值的数值；—点所代表的土层厚度（m）；—土层单位土层厚度的层位影响权函数值（单位为m-1）。液化判别深度为15m时，当该层中点深度不大于5m时应采用10，等于15m时应采用零值，5～15m时应按线性内插法取值。(3)根据计算出的液化指数，按表4.10划分土层的液化等级。表4.10液化等级划分表液化等级轻微中等严重判别深度为15m时的液化指数0＜≤55＜≤15＞15表4.11为沉积滩现状水位标高条件下各钻孔15m深度范围内地层的液化势判别结果。表4.11标准贯入试验法液化势判别结果（现状水位标高）钻孔编号水位埋深(m)标贯点底深度ds(m)标贯击数实测值N标贯点临界值Ncr代表土层厚度di(m)中点深度Zi(m)层位影响权函数值Wi(m-1)计算液化指数IlE液化等级1#1.22.4558.23.451.7251022.39严重4.4589.824.45106.45711.41.556.2258.7754#1.31.4547.3231.451013.61中等7#4.11.6545.242.61.31015.06严重3.5556.7623.6105.6578.442.355.7759.2258.251110.522.28.056.9510.051411.961.910.14.98#6.51.7553.42.61.3100不液化3.4564.761.953.575105.6576.521.755.4259.5756.9587.561.156.8758.