廣東石版礦尾礦庫安全度的辨識

廣東石版礦尾礦庫安全度的辨識

廣東省石牙礦2號采礦庫已關(guān)閉。由于項(xiàng)目、運(yùn)營和管理不規(guī)范，尾礦庫存在各種疾病，安全維護(hù)難度較大。通過現(xiàn)場檢查、調(diào)洪演算、滲流及抗滑穩(wěn)定性計(jì)算等分析評價(jià)工作,明確了該庫的主要病害類型,確定了尾礦庫的安全度,并提出了相應(yīng)的治理對策措施。1尾礦庫閉庫現(xiàn)狀石人嶂鎢礦梅子窩2號尾礦庫為一山谷型尾礦庫,初期壩處于近南北向溝谷的北端狹窄口,庫內(nèi)寬闊,兩側(cè)山坡植被完整。山坡坡積物為粉質(zhì)粘土,厚度1-3m不等。庫區(qū)下伏基巖巖性堅(jiān)硬致密。庫區(qū)無大斷層穿過,無不良地質(zhì)現(xiàn)象。該庫于1969年建成投入使用,目前處于停用狀態(tài),面臨閉庫問題。尾礦庫總壩高48.9m,堆積尾礦約45.2萬m3,屬4等庫。堆積壩采用上游法側(cè)向放礦形成,尾礦顆粒較粗,平均粒徑約0.78mm,整體外坡比1∶3。2004年6月庫區(qū)遭遇連續(xù)大暴雨,原尾礦庫初期土壩跨塌破壞,堆積壩局部崩滑;同年重整外坡,并修建了新的漿砌石壩作為基本壩,壩長31m,高9.4m,基礎(chǔ)深2.1m,基礎(chǔ)以上布置泄水管。本區(qū)地處中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),年平均氣溫19.6℃,最大風(fēng)速17m/s,年平均降雨量1600mm。尾礦庫匯水面積1.228km2,采用斜槽—涵洞排洪形式,槽洞總長175m,坡度6.5%,斷面為0.8m×1.5m?？可襟w一側(cè)布置有斷面1.1m×0.95m的截洪溝。2現(xiàn)場檢查2.1排洪系統(tǒng)布局不合理主要檢查排洪構(gòu)筑物有無變形、移位、損毀、淤堵、排水能力是否滿足要求等。梅子窩2#尾礦庫目前形成分區(qū)排水局面,主排水區(qū)采用斜槽-涵洞形式排水,壩頂小區(qū)采用明渠排水。進(jìn)行了庫區(qū)及槽洞內(nèi)部踏勘,檢查了解到:斜槽結(jié)構(gòu)較完整,未出現(xiàn)淤堵,但涵洞幾處接縫有冒水現(xiàn)象;截洪溝局部區(qū)段底板磨蝕較嚴(yán)重;長期側(cè)向排放尾砂造成排洪系統(tǒng)布局不盡合理;槽洞的排水能力需要進(jìn)行定量計(jì)算分析。2.2外坡坡位現(xiàn)狀主要檢查壩體的輪廓尺寸、變形、裂縫、塌陷、滑坡、滲流破壞、坡面防護(hù)等情況。該庫整體外坡1∶3,但局部外坡過陡,實(shí)測外坡坡比最大值1∶1.36;雨季浸潤線在初期壩頂出逸,存在流土、管涌情況,壩腳局部崩塌,坡頂出現(xiàn)塌陷坑;坡面無防護(hù)措施,尾砂裸露,雨季時(shí)出現(xiàn)沖刷拉溝。2.3泥石流條件分析檢查周邊山體穩(wěn)定性以及違章建筑、違章施工和違章民辦采選活動(dòng)等情況。庫內(nèi)無大斷層穿過,非巖溶區(qū),周邊山體無滑坡現(xiàn)象;庫上游不具備形成泥石流條件;庫區(qū)無違章爆破、取尾礦再選等活動(dòng),庫內(nèi)碎石堆為采礦廢石,對安全影響不大。2.4坡面排水系統(tǒng)對該庫的危險(xiǎn)有害因素進(jìn)行了定性識別分析,主要結(jié)果如下:(1)調(diào)洪能力不足。調(diào)洪庫容過小,已形成子壩擋水局面。(2)浸潤線過高。重修的砌石初期壩排滲不佳且位置不合理,抬高了浸潤線。(3)壩體滲漏。長期小量漏砂,在堆積體內(nèi)形成空洞導(dǎo)致是坡面產(chǎn)生陷坑。(4)壩坡滲水。排滲措施不完善,坡面滲流出逸。(5)局部坍塌。管涌、流土導(dǎo)致坡腳及壩坡局部坍塌。(6)沖刷拉溝。坡面無防護(hù),雨季沖刷會(huì)產(chǎn)生拉溝及流砂問題。(7)排洪構(gòu)筑物倒塌、堵塞等損壞。壩頂排水溝存在雜草泥沙淤堵隱患,排水涵洞的長期穩(wěn)定性會(huì)降低,截洪溝局部磨蝕嚴(yán)重可能導(dǎo)致底板破壞。(8)安全超高和干灘能否滿足要求需定量計(jì)算確定。3定量計(jì)算與分析3.1校核頻率下洪水過程線的確定(1)工程防洪標(biāo)準(zhǔn)和調(diào)洪演算方法。該尾礦庫屬4等庫,校核防洪標(biāo)準(zhǔn)采用200年洪水重現(xiàn)期。按廣東省暴雨徑流查算圖表推薦的廣東省推理公式法進(jìn)行計(jì)算,水文參數(shù)選自2003年最新修訂的《廣東省暴雨參數(shù)等值線圖》。(2)尾礦庫集水區(qū)域地理特征。匯水面積F=1.228km2,壩趾至分水嶺的主河槽長2km,主溝槽平均坡降J=0.14。(3)設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算。根據(jù)廣東省水文局編制的《廣東省暴雨參數(shù)等值線圖》,查得梅子窩地區(qū)暴雨均值Ht和偏差系數(shù)Cv;依據(jù)《廣東省暴雨徑流查算圖表》使用手冊,按皮爾遜Ⅲ型曲線查P=0.5%下的Ktp,按Htp=Ht×Ktp計(jì)算校核頻率下各歷時(shí)的點(diǎn)暴雨量Ktp;集水面積小于10km2,按使用手冊規(guī)定不需作點(diǎn)面折算,即以at=1按Htp面=Htp×at計(jì)算面暴雨量Ht面。(4)校核洪峰流量及匯流時(shí)間的推求。采用廣東省大陸地區(qū)推理公式(1988年修定),確定P=0.5%下洪峰流量為Qm=58.45m3/s,匯流時(shí)間τ=0.42h。(5)洪水過程線的確定。通過毛雨及凈雨計(jì)算,主洪峰過程線的計(jì)算,分段單元洪水過程線推求,確定完整的洪水過程線。(6)庫區(qū)截洪溝外的洪峰流量與實(shí)際洪水過程線計(jì)算。梅子窩2號尾礦庫的截洪溝環(huán)山修建,所形成的截洪區(qū)面積為0.916km2,實(shí)際直接匯流入庫的區(qū)域僅為0.312km2。按推理公式法分別計(jì)算校核頻率下截洪區(qū)的洪峰流量為50.41m3/s。按明渠計(jì)算截洪溝的排洪能力為9.78m3/s,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于該區(qū)域校核頻率下的洪峰流量,說明其不足以攔截洪區(qū)全部洪水。因此梅子窩2號尾礦庫入庫洪水為直接匯流區(qū)的來水疊加洪峰期截洪溝外溢入的洪水,洪水過程線進(jìn)行了相應(yīng)處理。(7)防洪演算。2#尾礦庫有1條排水斜槽,以其入口標(biāo)高為起跳水位,其排洪能力根據(jù)排洪過程中水的流態(tài)按自由泄流、半壓力流分別計(jì)算。根據(jù)尾礦庫洪水過程線、排水系統(tǒng)流量及水位——庫容曲線,通過水量平衡方程演算其防洪能力。計(jì)算結(jié)果表明:按現(xiàn)有條件,該尾礦庫在校核頻率洪水下將出現(xiàn)漫壩現(xiàn)象,防洪能力嚴(yán)重不足,不能滿足安全運(yùn)行條件,須采取綜合措施治理。由于目前已形成子壩擋水局面,存在嚴(yán)重安全隱患,加高壩體方案不利于尾礦庫長期安全穩(wěn)定,因而要滿足防洪要求,必須在截排水方面采取措施。3.2壩體內(nèi)部水位計(jì)算采用有限單元法數(shù)值計(jì)算完成滲流分析,分別考慮正常庫內(nèi)蓄水水位(起調(diào)水位),校核洪水水位2種工況,計(jì)算壩體浸潤線及出露位置、水力坡降,以校核壩坡是否出現(xiàn)滲透破壞,并為抗滑穩(wěn)定性計(jì)算提供壩體內(nèi)部水位位置。依據(jù)梅子窩2號尾礦庫《閉庫工程地質(zhì)勘察報(bào)告》,選用尾礦及殘坡積土滲透系數(shù)k值:尾粗砂1×10-4m/s;尾中砂5×10-5m/s;尾粉質(zhì)粘土3×10-8m/s;殘坡積土2×10-7m/s。在壩體中間布置計(jì)算剖面,正常水位下浸潤線及滲流總水力坡降計(jì)算結(jié)果如圖1所示,校核洪水條件下有類似分析結(jié)果。計(jì)算結(jié)果表明:正常蓄水水位和校核洪水水位下浸潤線均較高,在壩腳出逸,在壩腳部位最大水力坡降分別為0.66、0.69,大大超過堆積尾砂的允許水力坡降0.25,不滿足滲透穩(wěn)定要求,會(huì)出現(xiàn)滲流破壞。3.3壩坡抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算采用土石壩穩(wěn)定分析軟件HH?slope,按“瑞典圓弧法”計(jì)算正常運(yùn)行和洪水運(yùn)行荷載組合下的壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。依據(jù)《閉庫工程地質(zhì)勘察報(bào)告》及工程類比經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),選取各介質(zhì)力學(xué)參數(shù)見表1。洪水條件下壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見圖2。計(jì)算結(jié)果顯示,壩坡整體安全系數(shù)約為1.4;但在坡腳處,安全系數(shù)小于1.0。實(shí)際上,坡腳處在暴雨或上游補(bǔ)給水充足時(shí),浸潤線出露,常出現(xiàn)壩坡局部垮塌。4排洪洞排水措施梅子窩2#尾礦庫面臨的主要安全問題是防洪能力不足帶來的漫壩風(fēng)險(xiǎn),浸潤線過高造成的壩坡滲流破壞以及壩坡局部失穩(wěn),須采取綜合工程技術(shù)措施進(jìn)行治理。建議采取以下措施:(1)重整子壩區(qū)內(nèi)堆積面局部坡度,使區(qū)內(nèi)及東側(cè)山坡降雨洪流自然排放到西側(cè)排水溝處,解決子壩擋水的安全問題,也解決排洪涵洞未來年久破壞后的排水難題。(2)在庫區(qū)西側(cè)從初期壩頂?shù)缴喜孔訅沃g的這一段截洪溝東邊,修筑擋水堤,解決截洪溝排水能力不足問題,使洪水沿截洪溝下泄,不流入庫內(nèi)。(3)對壩坡進(jìn)行綜合整治,采取排滲措施,整修過陡的坡段,壩坡覆土植草,設(shè)置坡面水溝,壩腳段貼坡反濾等,解決滲透破壞、局部崩滑及沖刷拉溝等問題。5生態(tài)治理建議(1)按防洪能力、滲流穩(wěn)定性、抗滑穩(wěn)定性及外觀狀況判斷,尾礦庫的安全度應(yīng)屬險(xiǎn)庫,須及時(shí)進(jìn)行閉庫治理設(shè)計(jì)和施工。(2)閉庫治理的主要思路應(yīng)該是加大攔截洪水能力,減少