尾矿坝设计基础知识

尾矿坝设计基础知识

【条文】

5.3.1尾矿坝宜以滤水坝为初期坝，利用尾矿筑坝。

当遇有下列条件之一时，可以采用当地土石料或废石建坝。

a）尾矿颗粒很细、粘粒含量大，不能筑坝；

b）由尾矿库后部放矿合理；

c）尾矿库与废石场结合考虑，用废石筑坝合理。

【释义与知识】

初期坝之所以推荐采用透水坝的坝型（如透水堆石坝、

透水土坝等），是为了能尽快自行排除尾矿堆积坝内的渗水,

以降低后期坝的浸润线，增强坝体稳定性。当地如缺少质量

较好的石料或土料，可就地取材，用风化土石料堆筑初期坝。

当遇有尾矿本身不具备筑坝条件或用矿山废石筑坝更合理

情况，则可采用当地土石料或废石一次性或分期建设尾矿

坝。

【条文】

5.3.2初期坝高度的确定除满足初期堆存尾矿、澄清

尾矿水、尾矿库回水和冬季放矿要求外，还应满足初期调蓄

洪水要求。

【释义与知识】

初期坝的高度一般应能储存选厂生产半年至一年的尾

矿量，同时还要满足初期坝堆满尾矿时调洪、安全滩长和澄

清距离的要求，对北方寒冷地区还应满足冬季放矿要求。

初期坝的坝顶宽度、坝坡、马道、排水棱体和反滤层可

按下列要求确定：

L坝顶宽度为了满足敷设尾矿输送主管、放矿支管和向

尾矿库内排放尾矿操作的要求，初期坝坝顶应具有一定的宽

度。一般情况下坝顶宽度不宜小于表3-1所列数值。当坝

顶需要行车时，还应按行车的要求确定。生产中应确保坝顶

宽度不被侵占。

表3—1初期坝坝顶最小宽度

坝高/m坝顶最小宽度/m

<102.5

10—203.0

20-303.5

>304.0

坝的内、外坡坡比的确定，应通过坝坡稳定性计算来确

定。土坝的下游坡面上应种植草皮护坡，堆石坝的下游坡面

应干砌大块石护面。

3.马道

当坝的高度较高时，坝体下游坡每隔10〜15nl高度设置

一宽度为1〜2nl的马道，以利坝体的稳定，方便操作管理。

4.排水棱体

为排出土坝坝体内的渗水和保护坝体外坡脚，在土坝外

坡脚处设置毛石堆成的排水棱体。排水棱体的高度为初期坝

坝高的1/5—1/3,顶宽为1.5~2.0m,边坡坡比为1：1~

1：1.5o

5.反滤层

为防止渗透水将尾矿或土等细颗粒物料通过堆石体带

出坝外发生渗透变形，在土坝坝体与排水棱体接触面处以及

堆石坝的上游坡面处或与非基岩的接触面处都须设置反滤

层。

早期的反滤层采用天然砂、砾料或卵石等组成，由细到

粗顺水流方向敷设。反滤层上再用毛石护面。因对各层物料

的级配、层厚和施工要求很严格，反滤层的施工质量要求较

高。现在普遍采用土工布（又称无纺土工织物）作反滤层。在

土工布的上下用粒径符合要求的碎石作过滤层，并用毛石护

面。土工布作反滤层施工简单，质量易保证，使用效果好，

造价也不高。

【条文】

5.3.3坝基处理应满足渗流控制和静力、动力稳定要

求。遇有下列情况时，应进行专门研究处理：

a）透水性较大的厚层砂砾石地基；

b）易液化土、软粘土和湿陷性黄土地基；

c）岩溶发育地基；

d）采空区地基。

【释义与知识】

当尾矿坝建于工程地质条件不利地基时，为满足坝体

静、动力稳定性和渗流稳定性要求，应进行专门的研究处理。

【条文】

5.3.4尾矿筑坝的方式，对于抗震设防烈度为7度及7

度以下地区宜采用上游式筑坝，抗震设防烈度为8〜9度地

区宜采用下游式或中线式筑坝。

【释义与知识】

后期坝坝型主要由后期坝的高度、库址的地形、尾矿粒

度组成和地震设防烈度等条件综合分析确定。一般坝高大于

100m,山谷型尾矿库且坝址狭长、尾矿颗粒较粗、地震设防

烈度为8度及8度以上的地区，宜采用下游式或中线式后期

坝；其他情况均可采用上游式后期坝。不论采用哪种坝型，

最终都必须通过坝体稳定分析满足安全要求，才能最后确

定。

由于上游式筑坝坝体中还夹杂有相当数量的中细粒尾

砂，强度较低，稳定性相对较差，实践表明抗震设防烈度为

7度及7度以下地区采用它是完全可行的；下游式或中线式

筑坝的坝体是由分级出来的粗粒尾砂构成，强度较高，稳定

性相对较好，所以在高烈度地区推荐采用。当堆积坝高度较

大，尾矿颗粒较粗，地形条件合适，在7度以下的地区也可

采用下游式或中线式筑坝。

【条文】

5.3.5上游式筑坝，中、粗尾矿可采用直接冲填筑坝

法，尾矿颗粒较细时宜采用分级冲填筑坝法。

【释义与知识】

尽管上游式筑坝稳定性相对较差，但它具有运营费

用较低，生产管理简单的优点，目前我国的大、中型后期坝

大多数采用上游式尾矿直接冲填筑坝。而且在上游式尾矿坝

的勘察、设计和生产管理方面的经验和水平都处于世界领先

的地位。

对于上游式筑坝，当尾矿颗粒较细时，可采用旋流器将

尾矿进行分级，相对较粗的尾矿置于坝前区域，细尾矿排至

库尾部，这种分级充填上游式筑坝已取得了成功经验。

【条文】

5.3.6下游式或中线式尾矿筑坝分级后用于筑坝的尾

矿，其粗颗粒(d，0.074mm)含量不宜小于70%,否则应进行

筑坝试验。筑坝上升速度应满足库内沉积滩面上升速度和防

洪的要求。

【释义与知识】

下游式或中线式尾矿筑坝堆筑坝用粗尾砂要求较严，国

外要求粗尾砂含量不少于80%—85%,主要目的在于能以

抗剪切强度和渗透性较高的材料筑坝。

下游式或中线式尾矿筑坝还要求坝址地形较窄，否则，

筑坝上升速度满足不了库内沉积滩面上升速度，也是无法筑

坝的。我国德兴铜矿原设计的下游式筑坝，虽然具备一定的

地形条件，但仍因筑坝上升速度满足不了库内沉积滩面上升

速度而改用中线法。可见，下游式或中线式尾矿筑坝虽然具

有较好的稳定性，但也是有其严格适用条件的。在设计上，

尤其应对筑坝用粗尾砂数量和堆坝上升速度，进行详细的平

衡计算，并且应充分考虑各种不利因素的影响。

【条文】

5.3.7下游式或中线式尾矿坝应设上游初期坝和下游

滤水坝趾，二者之间的坝基应设置排渗设施。

【释义与知识】

下游式或中线式尾矿坝是采用分级粗尾砂进行堆筑的，

为增强尾矿坝渗透性和稳定性，当坝基不具有满足排渗要求

的天然排渗层时，应于堆积坝底设置可靠的排渗设施。

【条文】

5.3.8尾矿库挡水坝应按水库坝的要求设计。

【释义与知识】

尾矿库的挡水坝一般常采用土石坝和重力坝，其功能和

工作条件基本上与水废挡水坝相同，故应按水库坝的要求进

行设计。

【条文】

5.3.9上游式尾矿坝沉积滩顶至设计洪水位的高差不

得小于表3的最小安全超高值，同时，滩顶至设计洪水位水

边线距离不得小于表3的最小滩长值。

5.3.10下游式和中线式尾矿坝坝顶外缘至设计洪水

位水边线的距离不宜小于表4的最小滩长值。

表3上游式尾矿坝的最小安全超高与最小滩长

当坝体采取防渗斜（心）墙时，坝顶至设计洪水位的高差

亦不得小于表3的最小安全超高值。

表4下游式与中线式尾矿坝的最小滩长

5.3.11尾矿库挡水坝在设计洪水位时安全超高不得

小于表3的最小安全超高值、最大风壅水面高度和最大风浪

爬高三者之和。最大风壅水面高度和最大风浪爬高可按《碾

压式土石坝设计规范》推荐的方法计算。

5.3.12地震区尾矿坝应符合下列规定：

上游式尾矿坝沉积滩顶至正常高水位的高差不得小于

表3最小安全超高值与地震壅浪高度之和，滩顶至正常高水

位水边线的距离不得小于表3的最小滩长值与地震壅浪高度

对应滩长之和。

下游式与中线式尾矿坝坝顶外边缘至正常高水位水边

线的距离不宜小于表4的最小滩长值与地震壅浪高度对应滩

长之和。

尾矿库挡水坝坝顶至正常高水位的高差不得小于表3最

小安全超高值与地震壅浪高度之和。

地震壅浪高度可根据抗震设防烈度和水深确定，可采用

0.5—1.5mo

对于全部采用当地土石料或废石堆筑的尾矿坝，其安全

超高按尾矿库挡水坝要求确定。

【释义与知识】

本条款是对不同坝型不同工况下在设计上对最小安全

超高和最小干滩长度的要求，设计上应根据调洪演算和稳定

计算确定其具体要求（一般不应小于规定值），作为生产上控

制依据。

【条文】

5.3.13尾矿坝设计应进行渗流计算，以确定坝体浸润

线、逸出坡降和渗流量。浸润线出逸的尾矿堆积坝坝坡，应

设排渗设施，I、2级尾矿坝还应进行渗流稳定研究。

5.3.14上游式尾矿坝的渗流计算应考虑尾矿筑坝放

矿水的影响。I、2级山谷型尾矿坝的渗流应按三维计算或由

模拟试验确定；3级以下尾矿坝的渗流计算可按附录A进行。

5.3.15上游式尾矿堆积坝的初期透水堆石坝坝高与

总坝高之比值不宜小于1/8。

【释义与知识】

渗流破坏是尾矿坝破坏的形式之一，故要求应对尾矿坝

进行渗流稳定分析，同时渗流分析也是尾矿坝进行静、动力

稳定分析的前提。

【条文】

5.3.16尾矿初期坝与堆积坝坝坡的抗滑稳定性应根

据坝体材料及坝基岩土的物理力学性质，考虑各种荷载组

合，经计算确定。计算方法宜采用瑞典圆弧法；当坝基或坝

体内存在软弱土层时，可采用改良圆弧法；考虑地震荷载时,

应按《水工建筑物抗震设计规范》的有关规定进行计算。抗

震设防烈度为6度及6度以下地区的5级尾矿坝，当坝外坡

比小于1:4时，除原尾矿属尾粘土和尾粉质粘土以及软弱坝

基外，可不作稳定计算。

【释义与知识】

初期坝与堆积坝坝坡的抗滑稳定分析是研究尾矿坝（包

括初期坝和后期坝）的下游坝坡抵抗滑动破坏的能力的问

题。设计一般要通过计算给出定量的评价。图3—1尾矿坝

抗滑稳定计算示意图对于新建尾矿库，计算之前要选定计算

剖面，如图3—1所示。

后期坝坝坡可根据经验假定；浸润线位置由渗流分析确

定；坝基丰层的物理力学指标通过工程地质勘察确定；后期

坝的物理力学指标可参照类似尾矿的指标确定，有条件者应

在老尾矿坝上勘察确定。对于运行中尾矿库，进行稳定计算

时，应根据现状勘察结果确定其浸润线位置和坝体土层分布

及物理力学指标。计算时，假定多个滑动面，根据滑动体的

受力状态，计算出各个土条所受的力对滑弧中心的抗滑力矩

MK和滑动力矩MH,用式(3—1)求出各个滑动面的抗滑稳定

的安全系数K,并找出最危险的滑动面(K=K.)。

K=MK/

(3—1)

设计的作用就是要采取多种措施，确保最小的抗滑稳

定安全系数(KG不小于设计规范的规定。我国现行的《选矿

厂尾矿设施设计规范》规定的最小的抗滑稳定安全系数见

《尾矿库安全技术规程》第5.3.18条的表6o

【条文】

5.3.17尾矿坝稳定性计算的荷载分下列5类，可根据

不同

情况按表5进行组合：

一类为筑坝期正常高水位的渗透压力；

二类为坝体自重；

三类为坝体及坝基中孔隙压力；

四类为最高洪水位有可能形成的稳定渗透压力；

五类为地震惯性力。

5.3.18按瑞典圆弧法计算坝坡抗滑稳定的安全系数

不应小于表6规定的数值。

表5荷载的组合

表6坝坡抗滑稳定最小安全系数

5.3.19当采用简化毕肖普法与瑞典圆弧法计算结果

相比较时，可参照《碾压式土石坝设计规范》有关规定选用

两种方法各自的最小安全系数。

【释义与知识】

简化毕肖普法与瑞典圆弧法都是基于刚体极限平衡理

论的条分法。他们的主要区别在于前者计及条块间作用力，

后者则没有。因而前者合理些。后者使用了多年，技术处理

工程等级

适用条件

1234、5

正常运用条件1.501.351.301.25

非常运用条件I1.301.251.201.15

非常运用条件n1.201.151.151.10

经验较多。现行的《选矿厂尾矿设施设计规范》规定的抗滑

稳定最小安全系数适用于瑞典圆弧法。所以说，当采用简化

毕肖普法时，最小安全系数可参照现行《碾压式土石坝设计

规范》(S1274—2001)的规定执行(表3—2)。

表3—2坝坡抗滑稳定最小安全系数

1.正常运用条件

(1)水库水位处于正常蓄水位和设计洪水位与死水位之

间的各种水位的稳定渗流期;

(2)水库水位在上述范围内经常性的正常降落；

(3)抽水蓄能电站的水库水位的经常性变化和降落。

2.非常运用条件I

(1)施工期；

(2)校核洪水位有可能形成稳定渗流的情况；

(3)水库水位的非常降落，如自校核鸿水位降落、降落

致死水位以下，以及大流量快速泄空等。

3.非常运用条件H

正常运用条件遇地震。

【条文】

5.3.20尾矿坝坝体材料及坝基土的抗剪强度指标类

别，应视强度计算方法与土类的不同按表7选取。

5.3.21上游式尾矿坝的计算断面应考虑到尾矿沉积

规律，

根据颗粒粗细程度概化分区。各区尾矿的物理力学指标

可参考类似尾矿坝或按附录B确定。必要时通过试验研究确

定。

对在用尾矿坝进行稳定计算时应根据该坝勘察报告确

定概化分区及相应的物理力学指标。

强度指标类别（取得的

强度

土的方法）试验试验起始

计算

类别强度仪器状态

方法试验方法

指标

无粘三轴一、坝体材

固结不排水剪

性土仪料

少粘直剪1.含水量

固结快剪

总性土仪及密度与

应Cu,中三轴原状一样

固结不排水剪

力U仪2.浸润线

法直剪以下及水

固结快剪

粘性仪下要预先

土三轴饱和

固结不排水剪

仪3.试验应

直剪力与

慢剪

无粘仪坝体实际

有

性土三轴应力相

效固结排水剪

C'u,仪一致

应

①'直剪二、坝基用

力慢剪

粘性仪原状土

法

土固结不排水剪、三轴

测孔压仪

注：L少粘性土指粘粒含量小于15%的尾矿。

2.软弱尾粘土类粘性土采用固结快剪指标时，应

根据其固结程度确定；当采用十字板抗剪强度

指标时，应考虑土体固结后强度的增长。

表7尾矿及土的抗剪强度指标

【释义与知识】

尾矿坝稳定计算必须考虑沉积尾矿物理力学指标的不

一致性，应根据该坝勘察报告确定概化分区及相应的物理力

学指标。

【条文】

5.3.22上游式尾矿坝堆积至I/2〜2/3最终设计坝

高时，应对坝体进行一次全面的勘察，并进行稳定性专项评

价，以验证现状及设计最终坝体的稳定性，确定相应技术措

O

【释义与知识】

在新建尾矿库设计中，由于尚未进行尾矿堆坝，一般是

参考类似工程尾矿物理力学指标进行坝体稳定计算，确定尾

矿坝设计堆积方式和堆积断面。当尾矿库投入运行并已形成

一定高度的尾矿坝时（即尾矿坝堆积至1/2—2/3最终设计

坝高时），应对该坝体进行一次全面勘察，取得更符合实际

的坝体结构和各土层物理力学指标，并以此为依据进行现状

坝体和设计最终坝体的稳定性验算，若稳定性不满足要求

时，应采取相应的技术措施。

【条文】

5.3.23透水堆石坝上游坡坡比不宜陡于1:1.6;土坝

上游坡坡比可