尾矿坝勘察报告

第第 1 章章 勘察工作概述勘察工作概述 1 11 1 工程概况工程概况 1 1 1 场地位置 XX 尾矿坝位于山东省莱芜市张家洼镇御驾泉村村北 距离张家洼镇约 4 公里 鲁中冶金矿业集团公司有专用公路直通尾矿坝 交通方便 图片图片 1 1 御驾泉尾矿坝交通位置图御驾泉尾矿坝交通位置图 1 1 2 尾矿坝概况 XX 尾矿坝由设计 采用上游法筑坝 设计总坝高 94m 总库容 3590 万 m3 属大中型库 主要由初期坝 尾矿堆积坝及排水系统组成 初期坝为滤水 堆石坝 透水坝 高度 29m 堆积坝高度 65m 坝长 1000m 最终堆积标高 350m 尾矿坝汇水面积 1 93km2 坝内设 7 个周边多孔溢水塔 满足堆筑标高 350m 以下的排水 排洪要求 御驾泉尾矿坝 南市 泰 安 市 淄 市 济 博 比例尺 1 400000 1 1 3 尾矿坝现状 鲁中冶金矿业集团公司曾于 1992 年委托航空航天工业部航空工业勘察设 计研究院对一 二 三期子坝 标高 295m 进行了勘察 现已堆筑至第十期子 坝 标高 316m 见图片 2 由于原矿中含有大量红板岩 致使尾矿中矿泥含 量大 放矿后形不成干滩 无法实现上游法筑坝 随着坝体的增高和逐渐向库 内延伸 坝体随之座落在尾砂和矿泥上面 为了保证安全筑坝 曾采用了碎石 堆筑 旋流器沉砂护坡 土工布防渗等措施 虽然在碎石堆筑过程中有挤泥和 固结作用 但对坝体的安全稳定仍构成较大威胁 曾一度出现过坝体漏矿 滩 面塌陷 外排水超标 子坝难以堆筑等一系列问题 严重影响坝体的安全和公 司的生产 通过多年的试验研究 决定在 316m 水平改为中线法筑坝 为评价 坝体的安全与稳定性 受鲁中冶金矿业集团公司委托 我公司承担并完成了尾 矿堆积坝的岩土工程勘察工作 1 21 2 勘察依据 目的及任务勘察依据 目的及任务 1 2 1 勘察依据 本次勘察工作主要依据下列规范 规程及有关文件标准进行 1 御驾泉尾矿坝岩土工程勘察委托书 2 上游法尾矿堆积坝工程地质勘察规程 YBJ11 86 3 选矿厂尾矿设施设计规范 ZBJ1 90 4 岩土工程勘察规范 GB50021 2001 5 建筑工程地质钻探技术标准 JGJ87 92 6 土工试验方法标准 GB T50123 1999 7 土工试验规程 YBJ42 92 1 2 2 勘察目的及任务 本次勘察的主要目的是为尾矿坝加高至 350m 水平进行分析研究提供依据 和有关岩土工程参数 根据上述规范 规程及有关文件标准 本次勘察工作的具体任务如下 1 查明碎石 尾矿砂和尾矿土的厚度 性质 颗粒组成 密实程度 堆 积规律及其分布 为稳定性分析提供地质岩性剖面 2 查明尾矿堆积物的密实程度和沉积规律 确定尾矿沉积层和碎石堆积 层的状态和相应的物理力学及工程性质 提供稳定分析需要的岩性参数 为尾 矿堆积坝继续加高的可行性及设计提供依据 3 查明地下水的埋藏条件 类型 补排条件和变化规律 提供尾矿砂 尾矿土的渗透系数 K 等水文地质参数及勘察期间浸润线的位置 4 判定尾矿砂 尾矿土在地震作用下的液化可能性 5 安装水平位移 沉降 浸润线观测设备 建立长期观测系统 1 31 3 勘察工作的方法及完成工作量勘察工作的方法及完成工作量 1 3 1 岩土工程勘察等级 根据 岩土工程勘察规范 GB50021 2001 考虑到尾矿坝的规模和特征 以及由于岩土工程问题造成工程破坏或正常使用的后果 工程重要性等级按一 级 考虑到尾矿坝坝体水文地质条件较复杂 场地复杂程度等级按一级 由于 尾矿砂 尾矿土等特殊性土的存在 地基复杂程度等级按二级 综合判定本次 岩土工程勘察等级为甲级 1 3 2 勘察工作的方法及完成工作量 根据委托任务书要求及现行规范规定 本次勘察在广泛收集分析本场区及 其附近已有岩土工程资料的基础上 采用钻探取土 标准贯入试验 超重型动 力触探试验 孔压静力触探试验 十字板剪切试验 钻孔注水试验 波速测试 地脉动测试 室内试验分析 包括物理性质试验 固结试验 抗剪强度试验 动三轴试验和共振柱试验 等多种方法综合进行 并设置了长期观测系统 1 勘察点布置 根据 御驾泉尾矿坝岩土工程勘察委托书 及现行规范 规程规定 结合 场地岩土工程条件 本次岩土工程勘察垂直于坝轴线布置 3 条勘探线 勘探线 间距 80 140m 勘探点由初期坝向第十期子坝方向按勘探线布置 共布置勘探 点 18 个 其中钻孔 13 个 钻孔间距 10 30m 孔压静力触探试验对比孔 3 个 距相应钻孔 1 00m 十字板剪切试验孔 2 个 距相应钻孔 1 00m 勘探点 位置由建设单位专业测量人员测放 采用日本产 TOPCON GTS 211D 型电子全站 仪 并立标桩为志 经建设单位确认无误后 方可正式开钻施工 勘探点坐标 采用 1954 年北京坐标系 孔口标高采用 1956 年黄海高程系统 基准点高程由 建设单位提供 2 钻探 取土 主要用于查明碎石 尾矿砂和尾矿土的厚度及其分布规律 采取合格土样 供室内试验分析 配合进行现场标准贯入试验 超重型动力触探试验 波速测 试及钻孔注水试验工作 勘探点由初期坝向第十期子坝方向按勘探线布置 共布置钻孔 13 个 其 中一般性钻孔 7 个 控制性钻孔 6 个 所有钻孔均为取土孔 其中标准贯入试 验法液化判定专用钻孔 4 个 控制性钻孔以达到原自然地面以下 1 00m 2 00m 作为终孔依据 一般性钻孔以达到原自然地面作为终孔依据 本工程野外施工利用 2 台 DPP 100 3E 型汽车钻机 见图片 3 采用筒状 合金钻具回转钻进 对上部碎石段采用无水干钻 跟管钻进 见图片 4 局部 碎石段采用冲击钻进 对尾矿段采用泥浆护壁 钻孔开孔直径不小于 146mm 终孔直径不小于 89mm 钻探回次进尺一般为 1 00m 1 50m 钻孔 垂直度 0 5 1 采用快速静力压入法取土 取土垂向间距按土层的均匀程度 确定 一般 1 00m 2 00m 取土器为上海金勘产 TB80A 型敞口薄壁取土器 废 土管长度 0 25m 样筒长 0 50m 筒径 外径 80mm 见图片 5 本工程共完成钻探 582 30m 18 孔 取 级土样 86 筒 取 级土样 25 件 3 标准贯入试验 SPT 主要用于评价尾矿砂 尾矿土的密实程度 判定地震作用下尾矿砂 尾 矿土产生液化的可能性 标准贯入试验采用自动脱钩法 见图片 6 标准贯入试验的垂向间距为 1 00 1 50m 液化判定专用钻孔为 K3 K5 K10 K11 对地面下 20m 深度内的尾粉细砂 和尾粉土 从贯入器中采取 级土样进行粘粒分析 本工程于 K3 K5 K10 K11 钻孔中共进行标准贯入试验 55 次 4 超重型动力触探试验 DPT 主要用于评价碎石的密实程度 判定碎石层的均匀性及其力学性质指标 等 超重型动力触探试验采用自动脱钩法 见图片 7 试验时连续贯入 本工程于 K3 K4 K5 K10 K11 钻孔中共进行超重型动力触探试验 29 10m 5 孔压静力触探试验 CPTU 主要用于配合钻孔对尾矿进行力学分层 确定从钻孔中采取原状土样的深 度 测定尾矿砂 尾矿土的锥尖阻力 qc 侧壁摩阻力 fs和贯入时的超孔隙水压 力 u 为分析尾矿砂 尾矿土的均匀性 密实度等提供依据 孔压静力触探试验与钻探对比施工 与相应钻孔间距控制在 1 00m 以内 对上部碎石段采用套管护壁 试验自碎石层底面开始 采用浙江温岭南光地质 仪器厂生产的 WSY 型孔压静力触探仪 见图片 8 锥头截面积 10cm2 滤水器 位于锥头后的圆柱面上 见图片 9 本工程于 T1 T3 T5 钻孔中共进行孔压静力触探试验 51 40m 孔压消 散点 16 点 6 十字板剪切试验 VST 主要用于现场测定并计算饱和尾粘土的不排水抗剪强度 Cu 重塑土的不排 水抗剪强度 Cu 及土的灵敏度 St等指标 绘制土的不排水抗剪强度 Cu和灵敏 度 St随深度的变化曲线 判定饱和尾粘土的固结历史等 十字板剪切试验与钻探对比施工 与相应钻孔间距控制在 1 00m 以内 对 上部碎石段采用套管护壁 试验自碎石层底面开始 采用浙江温岭南光地质仪 器厂生产的 WS K 型贯入式电测十字板剪切仪 十字板为矩形 高径比为 2 板 厚 2mm 见图片 10 十字板剪切试验点的位置根据地层确定 本工程于 T2 T4 钻孔中共进行十字板剪切试验 10 点 7 钻孔注水试验 IT 主要用于查明坝体尾矿砂 尾矿土的渗透性 测定尾矿砂 尾矿土的综合 渗透系数 K 等水文地质参数 注水试验在钻孔内进行 在稳定时间段内 单孔稳定延续时间不小于 4h 本工程于 K3 K5 K10 钻孔中共进行钻孔注水试验 3 次 8 波速测试 主要用于测定场地土的纵波速 Vp 横波速 Vs 计算场地土的等效剪切波速 Vse 动剪切模量 Gd 动弹性模量 Ed及动泊松比 d等 划分建筑场地类别 提 供用于抗震设计的地基土的动力参数 波速试验采用单孔检层法 见图片 11 垂向试验点间距为 2 00m 并提 供各岩土层的纵横波速值 Vp Vs 相应的动力参数 动剪切模量 Gd 动弹性模 量 Ed和动泊松比 d等 及相关图表 本工程于 K3 K9 K13 钻孔中共进行波速测试 45 点次 9 地脉动测试 主要用于确定场地的脉动卓越周期 为抗震设计提供依据 测试点位在场 地中均匀布置 测定 X Y Z 三个方向的地面振动周期 为减少噪音对测试数 据的影响 地脉动测试安排在夜间 11 00 1 00 之间进行 本工程于 K1 K8 K11 钻孔附近共进行地脉动测试 3 点次 10 室内试验 为了全面评价尾矿砂 尾矿土的工程性质 对尾矿砂试样提供颗粒分析 密度 比重 GS 天然含水量 饱和度 Sr 孔隙比 e 渗透系数 K 休止角 水上及水下 等指标 对尾矿土试样提供密度 天然含水量 比重 GS 饱和度 Sr 孔隙比 e 渗透系数 K 液限 l 塑限 p 塑性指数 Ip 液 性指数 Il 直剪抗剪强度指标 C 快剪和固结快剪 三轴剪切试验指标 C 不固结不排水 固结不排水及固结排水剪 固结系数 Cv 先期固结压 力 Pc等指标 按邓肯 张应力应变非线性弹性模型 进行三轴固结排水剪试验时 提供 弹性模量 E 和泊松比 本工程共计完成静三轴试验 包括不固结不排水 固 结不排水及固结排水 10 组 对进行动三轴和共振柱试验的土样 主要测定等 效振动周次下潜在破坏面上的地震总应力抗剪强度与初始有效法向应力的关系 初始应力条件下轴向总应变与振次关系 最大动剪模量与平均有效主应力的关 系 动剪模量与动剪应变幅的关系以及阻尼比与动剪应变幅的关系等 本工程 共计完成动三轴试验和共振柱试验各 4 组 本次勘察的静三轴试验 动三轴试验和共振柱试验均委托中国水利水电科 学研究院岩土所完成 对在标贯器中采取的 级土样进行粘粒 0 005mm 分析 本工程共计 完成粘粒分析试验 25 组 另外 为了现场观测碎石的密实度 测定其天然密度 了解坝体下游粉 质粘土的物理力学性质 本次勘察沿剖面线方向 分别于坝体上部的碎石层和 坝体下游的粉质粘土中施工探坑各 3 个 总深度 6 80m 大容积法测量碎石天 然密度 3 次 于坝体下游的粉质粘土中 取探井土样 4 件 为尽量减少试样在运输过程中的扰动影响 本次勘察过程中 在现场设立了土工试验室 见图片 12 完成土的常规物理力学项目的试验 对需进行特殊项目试验的土样现场用塑料样盖严格密封 并用胶带固定 在运 输过程中采用专用土样箱 箱底及四周放置海棉垫层 以减轻振动时对土样造 成的扰动 11 长期观测系统的设置 主要包括浸润线观测系统和位移与变形观测系统 浸润线观测系统主要用来观测浸润线的位置 了解浸润线的变化规律 为渗流分析提供依据 本次勘察共设置了 6 个 K1 K3 K7 K9 K11 K13 观测孔 其中五期子坝上 1 个 七期子坝上 2 个 十期子坝上 3 个 观测管采 用 60mm 铁管 管外加喷防锈漆 长度以达到含水层底面下 3 00 4 00m 下 端设置 3 00m 沉淀管 上端可逐渐接高 观测管的透水管段用土工布包扎以防 滤料进入观测管 见图片 13 透水管外用中粗砂作滤料充填 管口加盖护帽 以防落物堵塞 位移与变形观测系统主要用来监测坝体的变形情况 从而掌握坝的使用状 态 位移观测系统是在坝体上设置观测桩点 6 个 其中五期子坝上 2 个 七期 子坝上 2 个 十期子坝上 2 个 该项工作委托鲁中冶金矿业集团公司技术处完 成 勘察点主要数据详见附表 1 野外施工自 2003 年 3 月 28 日开始 至 2003 年 5 月 5 日结束 勘察报告于 2003 年 8 月 22 日提交 第第 2 章章 自然地理与气候气象自然地理与气候气象 2 12 1 自然地理自然地理 莱芜市位于山东中部 泰山东麓 东邻淄博市 西 南靠泰安市 北依济 南市 辖莱城 钢城 2 区 面积 2239 平方公里 人口 121 万人 市区地理坐 标为东经 117 19 117 58 北纬 36 02 36 33 莱芜市地势由东向西倾 斜 北 东 南三面又向盆地中部倾斜 自然资源以铁 铜 金 铅 煤 铝 土为主 境内主要河流为汶河 淄河 铁路有磁莱线 泰辛线 公路主要有泰 莱 莱博等路线 并形成了 三纵四横 的公路网络 场地位于莱芜市张家 洼镇 交通便利 2 22 2 气候气象气候气象 莱芜市属暖温带大陆性湿润 半湿润季风气候 光照充足 四季分明 春 季干旱多风 夏季高温多雨 秋季天高气爽 冬季干冷少雪 年平均气温 12 5 极端最低气温 22 5 出现于 1957 年 2 月 11 日 极端最高气温 39 2 出现于 1967 年 6 月 6 日 初霜一般在 10 月 21 日 终霜多在翌年 4 月 7 日 无霜期平均 196 天 全年日照 2629 2 小时 日照率 59 总年辐射量 124 01 千卡 厘米 2 降水量多年平均 760 9 毫米 1964 年最多 为 1369 6 毫 米 1981 年最小为 442 毫米 日降水量最大 168 8 毫米 出现于 1975 年 9 月 1 日 风向主要为东北 西南 风速年平均 2 2 米 秒 七月份最大 为 3 1 米 秒 九 十月份最小 为 1 6 米 秒 瞬时最大为 40 米 秒 出现于 1978 年 6 月 30 日 最大冻土深度 0 50m 第第 3 章章 地形地貌与地质构造地形地貌与地质构造 3 13 1 地形地貌地形地貌 XX 尾矿坝位于山东省莱芜市张家洼镇御驾泉村村北 御驾泉尾矿库三面 环山 其东侧为凤凰山 南侧为秦皇寨山 北侧为秃尼子山 海拔 250 450m 相对标高 200m 属低山丘陵区 坝址区地层主要由泰山群变质岩系和寒武系地层构成 南部混合花岗岩分 布区 沟谷发育 呈垅岗状低缓丘陵区 中部为易风化破碎的页岩所组成并零 散分布的松散堆积物 沿岩层走向发育一条主干沟谷 北侧冲沟呈不对称展布 构成山间谷地 北部及中部为砂岩及灰岩呈单斜岩层所构成的单面山景观 见 图片 14 本区第四系松散堆积物厚度较薄且零散分布 总的来说 本区属新构造运动缓慢上升地区 3 23 2 地质构造地质构造 3 2 1 地层 泰山群变质岩系与寒武系地层呈不整合接触 见图片 15 寒武系地层 产状平缓 总体走向略呈东西向 倾向北北东 产状 NE10 15 呈层状分 布 构成单斜岩层 在谷地中零散分布着残坡积 坡洪积的第四系堆积物 坝 址区从老到新主要 地层如下 泰山群变质岩系 Art 混合花岗岩 见图片 16 寒武系下统馒头组 1M 下部为青灰色含燧石结核中厚层灰岩及含方解石条 带泥质灰岩 见图片 17 中部为杂色云母页岩 见图片 18 与泥质 灰岩互层 顶部为鲜红色砂质云母页岩 见图片 19 为主 厚度 110m 寒武系下统毛庄组 2MZ 暗紫色砂质云 母页岩为主 中间夹二层中厚层鲕 状灰岩 厚度 65m 寒武系中统徐庄组 2X 交错层发育的黄褐色厚层细砂岩 见图片 20 为 主 夹黄绿色页岩 顶部有一层 0 50m 厚的铁质砂岩 厚度 30m 寒武系中统张夏组一段 2Z1 厚层含海绿石 鲕状灰岩夹黄绿色页岩 厚度 40m 寒武系中统张夏组二段 2Z2 黄绿色页岩 见图片 21 为主夹数层中厚层灰岩及结核状灰岩 厚度 92m 寒武系中统张夏组三段 2Z3 数层中厚层灰岩夹黄绿色页岩 厚度 32m 第四系 Q 残坡 坡洪积含砾石砂质粘土 厚度 0 15m 3 2 2 构造 本区位于泰安 口镇 泰安 大王庄 铜冶店两条弧形断裂带 即 莱芜 弧 由北西往南东延伸的断裂带之间 岩层产状为平缓倾斜的单斜构造 弧形断裂是莱芜盆地最为强烈的压扭性断裂 沿断裂强烈的挤压破碎现象 明显 经历多次活动 扭动方向也比较复杂 同一条断裂有不同方向的扭 动 而且两条断裂的活动方向也不尽相同 弧形断裂活动是多期的 最早 可能发生在古生代 白垩纪时期活动强烈 第三纪仍继续强烈活动 盆地 大幅度下降 沉积了巨厚的第三系 第四纪以来仍有活动 燕山期火成岩 活动以角闪闪长斑岩脉沿层面顺层侵入 活动范围有限 见附图 1 本区构造简单以断裂为主 断裂主要受莱芜弧形压扭性断裂的控制 均属 俯冲断层 规模均较小 为非全新活动断层 第第 4 章章 坝区岩土工程条件坝区岩土工程条件 4 14 1 坝体的材料组成及其一般沉积规律坝体的材料组成及其一般沉积规律 4 1 1 坝体的材料组成 XX 尾矿坝采用上游法筑坝 初期坝为滤水堆石坝 透水坝 主要由碎石 块石组成 母岩成分为石灰岩 中风化蚀变闪长岩和蚀变闪长玢岩以及矽卡岩 等 各期子坝主要由来自采矿厂的碎石和尾矿砂 尾矿土组成 4 1 2 尾矿的一般沉积规律 坝体尾矿砂 尾矿土的沉积规律主要受放矿压力 放矿量 放矿浓度 放 矿地点 放矿时间 放矿地形坡度以及原有地形等多种因素影响 放矿初期 由于放矿压力 放矿量和放矿坡度均较大 矿液在沿坡面向前流动过程中 尾 矿逐渐沉积下来 在水平方向上随着流程的增大尾矿颗粒逐渐由粗变细 一般 靠近初期坝的沉积物以粗颗粒为主 主要是尾粉细砂 然后逐渐向库区渐变为 细粒的尾粉土 尾粉质粘土和尾粘土 在垂直方向上 随着坝体的逐渐加高 目前已堆至第十期子坝 放矿地点不断变化 放矿时间具有间歇性 放矿量 放矿浓度 放矿压力等均不固定 尾矿在沉积过程中也表现出明显的间歇特征 即夹薄层较多 层理明显 一般随着深度的增加 尾矿逐渐由颗粒较粗的尾粉 细砂渐变为细颗粒的尾粉土 尾粘土 总之 尾矿的沉积规律可以归纳为 水平方向上随着距放矿位置的由近及 远以及垂直方向上随着深度的增加 尾矿由颗粒较粗的尾粉细砂渐变为细颗粒 的尾粉土和尾粘土 但由于放矿时间的间歇性等多种因素 因此出现了较多夹 层或透镜体 4 24 2 坝体碎石的物理力学性质坝体碎石的物理力学性质 XX 尾矿坝初期坝为碎石堆积坝 碎石来源于采矿厂的废石 母岩成分为 闪长岩 蚀变闪长岩 蚀变闪长玢岩 矽卡岩及少量红板岩 红板岩风化程度 较强烈 多已风化崩解 手捏即碎 其风化物充填于碎石之间 闪长岩多为中 风化 少量强风化 大于 2cm 的颗粒含量约 50 70 颗粒直径一般 3 30cm 最大可达 80cm 以上 以棱角 次棱角状为主 呈松散 稍密状 钻 孔孔壁易坍塌掉块 颗粒级配不良 分选性较差 颗粒排列基本无规律 充填 少量粘性土和粉细砂 为了确定该层土的密实程度 本次勘察于 4 个钻孔中共 进行超重型动力触探试验 29 10m 试验结果如下表 表表 1 1 超重型动力触探试验结果超重型动力触探试验结果 试验次数 实测平均值 击 实测标准值 击 修正平均值 击 修正标准值 击 2912 92 72 01 9 为了确定该层土的重度 于该层中挖探井 3 00m 3 个 S2 S4 S6 并 进行重度测定 结果如下表 为了确定该层土的天然坡角 于有代表性的地点 进行现场天然坡角测量 6 次 结果如下表 表表 2 2 碎石的重度和天然坡角碎石的重度和天然坡角 次 数 指标 123456 平均值 重度 kN m3 21 9518 9820 8220 58 天然坡角 34 038 036 035 039 040 037 0 根据上表结果 建议碎石层的重度 取 20 58kN m3 粘聚力 C 取 0 0kPa 内摩擦角 取 37 0 4 34 3 坝体尾矿的物理力学性质坝体尾矿的物理力学性质 4 3 1 地层描述 本次勘察尾矿砂 尾矿土的分类依据 土工试验方法标准 GB T50123 1999 并参考了 上游法尾矿堆积坝工程地质勘察规程 YBJ11 86 根据 岩土工程勘察规范 GB50021 2001 和本次钻探结果 结合室内土工试验 和原位测试结果 本区尾矿砂 尾矿土主要有尾粉细砂 尾粉土 尾粉质粘土 和尾粘土 现分述如下 1 尾粉细砂 Q4ml 黄褐色 稍密 饱和 颗粒级配良好 分选性较差 呈次棱角 亚圆状 主要矿物成分为长石 石英 角闪石和云母等 局部具微层理 可见粘性土夹 层 偶见碎石 具中等压缩性 主要分布于初期坝的碎石层底部 厚度不均 层底标高不稳定 2 尾粉土 Q4ml 褐 黄褐色 中密 很湿 土质不甚均匀 具微层理 局部夹薄层粘性土 或粉细砂 摇振反应中等 无光泽反应 干强度低 韧性低 具中等压缩性 主要分布于尾粉细砂层底部 厚度不均 层底标高不稳定 3 尾粉质粘土 Q4ml 褐 红褐色 可塑 局部软塑 土质不甚均匀 具微层理 局部夹薄层粉 土或粉细砂 无摇振反应 土芯切面稍光滑 干强度中等 韧性中等 具中等偏高压缩性 主要分布于尾粉土层底部 厚度不均 层底标 高不稳定 4 尾粘土 Q4ml 褐 红褐色 可塑 局部软塑 土质不甚均匀 具微层理 局部夹 薄层粉土或粉细砂 无摇振反应 土芯切面光滑 干强度高 韧性高 具中等 偏高压缩性 主要分布于尾粉质粘土层底部 混合花岗岩上部 厚度不均 层 底标高不稳定 4 3 2 现场室内土工试验 1 物理性质试验 为了减少土样在取样 包装 运输过程中的扰动 本次勘察施工采用 DPP 100 3E 型汽车钻 利用快速静力压入法取土 取土器为上海金欧生产的 TB80A 型敞口薄壁取土器 并在现场设立室内土工试验室 对 80 件土样进行了物理 力学性质常规试验 其中液限采用 76g 圆锥液限仪下沉 10mm 所对应的含水量 塑限采用搓条法 含水量试验采用烘干法 重度试验采用环刀法 试验结果如 下表 表表 3 3 尾矿砂 尾矿土物理性质试验指标平均值尾矿砂 尾矿土物理性质试验指标平均值 物理性质 岩土名称 重 度 kN m3 干重度 d kN m3 含水 量 孔隙比 e0 饱和度 Sr 液限 Wl 塑性 指数 Ip 液性指 数 Il 尾粉细砂20 2016 4021 90 60099 0 尾粉土20 5016 6024 70 60299 026 28 0 尾粉质粘土20 0015 8027 80 694100 034 113 20 52 尾粘土19 6014 8033 10 815100 042 218 30 50 2 抗剪强度试验 1 直接剪切试验 直接剪切试验包括快剪和固结快剪 采用仪器为 ZJY 2 型等应变直剪仪 土样直径 61 8mm 高 20mm 试验结果如下表 表表 4 4 尾矿砂 尾矿土直接剪切试验指标平均值尾矿砂 尾矿土直接剪切试验指标平均值 快剪 q 固结快剪 cq 试验方法 岩土名称 粘聚力 C kPa 内摩擦角 粘聚力 C kPa 内摩擦角 尾粉细砂7 034 73 035 3 尾粉土25 026 764 024 6 尾粉质粘土87 016 385 021 5 尾粘土107 019 6118 019 3 2 三轴剪切试验 三轴剪切试验包括不固结不排水剪 UU 固结不排水剪 CU 和固结排 水剪 CD 采用的仪器为英国 ELE 公司生产的应变控制式三轴仪 该项工作 委托中国水利水电科学研究院岩土所完成 根据试验报告 试验结果如下 表表 5 5 尾矿砂 尾矿土三轴剪切试验指标尾矿砂 尾矿土三轴剪切试验指标 不固结不排水 UU 固结不排水 CU 固结排水 CD 试验结果 岩土名称 粘聚力 C kPa 内摩擦 角 粘聚力 C kPa 内摩擦 角 粘聚力 C kPa 内摩擦 角 粘聚力 C kPa 内摩擦 角 尾粉细砂55 59 428 732 615 036 113 436 1 尾粉土35 25 90 028 30 933 725 734 9 尾粉质粘 土 42 75 625 718 718 026 6 尾粘土55 25 738 717 315 926 0 根据三轴固结排水剪切试验结果 代表应力 应变的邓肯 张模型参数如 下表 表表 6 6 三轴固结排水剪切试验 三轴固结排水剪切试验 CDCD 邓肯 张模型参数 邓肯 张模型参数 参数 岩土 knkbmRfGFD 尾粉细砂1600 60550 490 810 370 161 7 尾粉土1640 731320 250 740 460 191 1 详见 御驾泉尾矿坝坝体原状土静三轴试验报告 附件 1 3 颗粒分析试验 为确定尾矿砂 尾矿土的颗粒级配及分选性 本次勘察对尾粉细砂 尾粉 土均进行了颗粒分析试验 并计算出其不均匀系数 Cu和曲率系数 Cs 对粒径大 于 0 075mm 的土采用筛析法 对粒径小于 0 075mm 的土采用密度计法 试验结 果如下表 表表 7 7 尾粉细砂 尾粉土颗粒分析试验指标平均值尾粉细砂 尾粉土颗粒分析试验指标平均值 颗 粒 组 成 试指验标 岩土名称 2 0mm 2 0 0 50mm0 50 0 25mm0 25 0 075mm0 075 0 005mm 0 005mm 不均匀 系数 Cu 曲率系 数 Cs 尾粉细砂0 810 129 428 330 11 416 811 96 尾粉土0 00 41 133 464 80 37 860 90 4 渗透试验 为了解坝体尾矿砂 尾矿土的透水性 为尾矿坝的渗流分析提供参数 本 次勘察对部分尾矿砂 尾矿土试样进行了室内渗透试验 渗透试验采用变水头 渗透仪 55 型渗透仪 试验结果如下表 表表 8 8 尾矿砂 尾矿土渗透系数平均值尾矿砂 尾矿土渗透系数平均值 试验指标 岩土名称 渗透系数 Kv cm s 尾粉细砂4 45 10 5 尾粉土1 82 10 5 尾粉质粘土1 45 10 7 尾粘土4 86 10 8 5 固结试验 本次勘察对尾矿砂 尾矿土的 级土样进行了中压 最大压力 800kPa 和 高压固结 最大压力 3200kPa 试验 固结试验采用标准法 仪器为 WG 1B 型 三联中压固结仪和 SGG 10 型三联高压固结仪 固结系数的确定采用时间平方 根法 先期固结压力的确定采用图解法 试验结果如下表 表表 9 9 尾矿砂 尾矿土固结试验指标平均值尾矿砂 尾矿土固结试验指标平均值 固结系数 Cv 10 3cm2 s 试验结果 岩土名称 压缩系数 1 2 MPa 1 压缩模量 Es MPa 先期固结 压力 Pc kPa 超固结比 OCR 200kPa400kPa 尾粉细砂0 266 642800 93040 557 8 尾粉土0 208 643760 94841 958 2 尾粉质粘土0 414 293940 92039 943 4 尾粘土0 504 043400 84835 748 9 4 3 3 原位测试 1 标准贯入试验 标准贯入试验采用自动脱钩法 贯入器打入 15cm 后 开始记录每 10cm 击 数 累积打入 30cm 的锤击数为标准贯入试验锤击数 尾矿砂 尾矿土的标准 贯入试验结果如下表 表表 1010 尾矿砂 尾矿土标准贯入试验锤击数平均值尾矿砂 尾矿土标准贯入试验锤击数平均值 试验指标 实测平均值 击 实测标准值 击 修正平均值 击 修正标准值 击 岩土名称 尾粉细砂6 35 64 94 4 尾粉土9 06 3 尾粉质粘土14 412 610 18 8 尾粘土7 35 15 33 7 2 孔压静力触探试验 孔压静力触探试验采用 WSY 型孔压静力触探仪 在测试锥尖阻力和侧壁摩 阻力的同时测量孔隙水压力 并在预定深度进行孔压消散试验 试验结果如下 表 表表 1111 尾矿砂 尾矿土孔压静力触探试验指标平均值尾矿砂 尾矿土孔压静力触探试验指标平均值 试验指标 岩土名称 锥尖阻力 qc MPa 侧壁摩阻力 fs MPa 比贯入阻力 ps MPa 最大孔隙水压力 Umax MPa 尾粉细砂2 490 0422 7590 500 尾粉土3 260 0523 598 尾粉质粘土1 030 0311 2320 915 尾粘土1 320 0351 541 3 十字板剪切试验 十字板剪切试验采用 WS K 型贯入式电测十字板剪力仪 测定饱和尾粘土 的不排水抗剪强度 包括原状土的不排水抗剪强度和重塑土的不排水抗剪强度 并测求灵敏度 试验结果如下表 表表 1212 尾粘土十字板剪切试验指标平均值尾粘土十字板剪切试验指标平均值 试验次数 原状土的不排水抗剪强 度 Cu kPa 重塑土的不排水抗剪强 度 Cu kPa 灵敏度 St 1050 834 61 5 4 44 4 坝体尾矿的动力性质坝体尾矿的动力性质 4 4 1 动三轴试验 动三轴试验的目的是测定尾矿砂 尾矿土的动力特性指标及其抗液化强度 坝体材料在饱和固结不排水状态下 地震作用会导致它们的抗剪强度降低 在 等效振动一次时 其地震总应力抗剪强度与初始应力状态有关 本次勘察坝体 材料的动强度试验委托中国水利水电科学研究院岩土所完成 试验仪器为日本 S 3 D 中型液压振动三轴仪 试样尺寸采用 50 100mm 动强度是土相应于 某一破坏标准的动抗剪强度 本次试验对坝体材料进行了饱和非等向固结情况 的动强度试验 以 5 轴向应变作为破坏标准 动强度试验采用了一种固结比 Kc 1 5 两种固结压力 100kPa 400kPa 等效振动周次取 N 10 次 20 次 试验结果如下表 表表 1313 原状土地震总应力抗剪强度参数原状土地震总应力抗剪强度参数 参数 岩土名称 等效振次 N 次 初始有效法 向应力 fo kPa 地震总应力抗剪 强度粘聚力 Cd kPa 地震总应力抗剪强 度内摩擦角 d 0 11015 027 2 10 110 440 26 9 22 1 0 11015 026 8 尾粉细砂 20 110 440 26 9 21 6 0 1110 930 2 10 111 444 9 7 26 6 0 1110 928 9 尾粉土 20 111 444 9 7 25 4 0 11418 023 3 10 114 455 22 3 21 0尾粉质粘土 200 11418 022 8 114 455 23 8 20 9 0 11415 923 4 10 114 456 19 5 21 8 0 11415 922 4 尾粘土 20 114 456 19 5 20 8 表表 1414 原状土动强度试验结果参数原状土动强度试验结果参数 岩土名称 试验指标 尾粉细砂 36 1 尾粉土 33 7 尾粉质粘土 26 6 尾粘土 26 0 固结比 Kc1 51 51 51 51 51 51 51 5 有效侧向压力 3 kPa 100400100400100400100400 平均有效主应力 0 kPa 125500125500125500125500 45 剪切面上的初始剪应 力 0 kPa 25100251002510025100 初始剪应力 f0 kPa 20 280 820 883 222 489 422 589 9 初始有效法向应力 f0 kPa 110 3441 1111 1444 5113 8455 2114 0456 2 初始剪应力比 f0 f00 1830 1870 1960 197 动剪应力比 0 0 510 310 430 360 400 240 380 25 动力抗剪强度 f kPa 51 5125 244 7149 844 7107 342 7112 4 等效振 次 Nf 10 地震总应力抗 剪强度 fs kPa 71 720665 523367 1196 765 2202 2 动剪应力比 0 0 500 300 400 330 390 240 360 23 动力抗剪强度 f kPa 50 5121 241 6137 343 6107 340 4103 4 等效振 次 Nf 20 地震总应力抗 剪强度 fs kPa 70 720262 4220 565 9196 762 9193 2 详见 御驾泉尾矿坝坝体原状土动力特性试验报告 附件 2 4 4 2 共振柱试验 动力变形特性试验参数是动力反应分析的基本依据之一 它反应了在动荷 载作用下的应力应变关系的非线性和粘滞性特征 本次勘察坝体材料的动力变 形特性试验委托中国水利水电科学研究院岩土所完成 动力变形特性试验的仪 器为 DTC 158 型共振柱仪 采用的试样尺寸为 50 100mm 最大侧向压力为 0 8MPa 最大垂直荷重为 5kN 可测试的动剪应变幅范围为 10 6 10 3 本次试 验坝体材料的有效围压力均采用 100kPa 200kPa 400kPa 固结比 Kc采用 1 5 动力变形特性试验结果如下表 表表 1515 尾粉细砂的数值化动力变形特性参数尾粉细砂的数值化动力变形特性参数 固结比Kc 1 5 围压力 3 100kPa200kPa400kPa100kPa200kPa400kPa 参数 剪应变 动剪模量比 G Gmax 阻尼比 D 1 10 6 1001001003 122 532 23 2 10 6 99 5799 6399 793 132 542 24 5 10 6 98 3198 5299 153 152 582 27 1 10 5 96 2896 7498 123 202 642 32 3 10 5 88 8088 9994 223 372 912 52 5 10 5 82 5382 8390 673 543 162 72 1 10 4 70 9071 4483 013 983 793 22 3 10 4 46 7650 8663 385 846 035 17 5 10 4 36 6140 9852 717 867 877 03 1 10 3 27 6130 0037 6513 6012 7311 34 表表 1616 尾粉土的数值化动力变形特性参数尾粉土的数值化动力变形特性参数 固结比Kc 1 5 围压力 3 100kPa200kPa400kPa100kPa200kPa400kPa 参数 剪应变 动剪模量比 G Gmax 阻尼比 D 1 10 6 1001001002 722 612 51 2 10 6 99 5499 6499 752 742 622 53 5 10 6 98 1798 5899 022 812 662 56 1 10 5 95 9796 8597 822 922 722 63 3 10 5 88 1490 5293 333 352 972 87 5 10 5 81 5484 9689 273 773 213 12 1 10 4 68 8573 6580 624 794 213 72 3 10 4 43 3648 0158 988 386 555 99 5 10 4 32 4735 5747 4111 179 048 02 1 10 3 21 4521 5333 7214 6312 9912 03 表表 1717 尾粉质粘土的数值化动力变形特性参数尾粉质粘土的数值化动力变形特性参数 固结比Kc 1 5 围压力 3 100kPa200kPa400kPa100kPa200kPa400kPa 参数 剪应变 动剪模量比 G Gmax 阻尼比 D 1 10 6 1001001003 403 373 31 2 10 6 99 6099 7699 813 423 383 31 5 10 6 98 4299 0399 243 473 413 33 1 10 5 96 5297 8498 303 563 473 36 3 10 5 89 6593 3794 733 913 693 49 5 10 5 83 7589 2891 424 263 913 61 1 10 4 72 1280 4784 135 094 453 93 3 10 4 47 5657 6864 248 046 645 32 5 10 4 36 6044 9352 4210 358 846 87 1 10 3 25 4728 8936 9013 3213 0011 44 表表 1818 尾粘土的数值化动力变形特性参数尾粘土的数值化动力变形特性参数 固结比Kc 1 5 围压力 3 100kPa200kPa400kPa100kPa200kPa400kPa 参数 剪应变 动剪模量比 G Gmax 阻尼比 D 1 10 6 1001001003 173 012 01 2 10 6 99 6799 7499 763 193 022 02 5 10 6 98 7098 9799 063 223 042 05 1 10 5 97 1297 7197 913 293 082 10 3 10 5 91 3492 9893 573 533 242 29 5 10 5 86 2686 6989 613 773 392 48 1 10 4 75 9377 5081 094 363 792 95 3 10 4 52 6656 1959 146 405 414 80 5 10 4 41 6243 4346 937 957 096 57 1 10 3 28 1028 6531 7110 7510 6410 49 详见 御驾泉尾矿坝坝体原状土动力特性试验报告 附件 2 4 54 5 坝底岩土物理力学性质坝底岩土物理力学性质 4 5 1 地层描述 1 粉质粘土 Q4al pl 褐黄色 硬塑 坚硬 土质不甚均匀 偶见混合花岗岩碎块 局部粉粒含 量较高 无摇振反应 土芯切面稍光滑 干强度中等 韧性中等 具中等压缩 性 属超固结土 主要分布于混合花岗岩之上和坝前裸露部位 上覆少量耕植 土 含大量植物根系 2 混合花岗岩 Art 褐黄色 粗粒结构 块状构造 主要矿物成分石英 长石等 岩芯呈短柱 状 碎块状 采取率约 60 顶面少量风化强烈已成砂土状 4 5 2 现场室内土工试验 坝底粉质粘土的室内土工试验主要包括 基本物理试验 压缩试验 界限 含水量试验 渗透试验 直接剪切试验 三轴不固结不排水剪切试验等 试验 结果如下表 表表 1919 坝底粉质粘土主要物理力学性质指标平均值坝底粉质粘土主要物理力学性质指标平均值 重度 kN m3 含水 量 孔隙 比 e0 塑性 指数 Ip 液性 指数 Il 压缩系 数 1 2 MPa 1 压缩 模量 Es MPa 先期固 结压力 Pc kPa 超固 结比 OCR 粘聚 力 Cuu kPa 内摩 擦角 uu 18 0017 60 73810 9 0 17 0 27 6 281138 82524 015 0 4 64 6 地震效应地震效应 4 6 1 建筑场地类别及场地的卓越周期 按照 建筑抗震设计规范 GB50011 2001 和 波速及地脉动测试报告 结果 本场地土层的等效剪切波速 场地土类型 建筑场地类别及场地的卓越 周期如下表 表表 2020 波速和地脉动测试结果波速和地脉动测试结果 波 速地 脉 动 孔号 指标 K3K9K13 孔号 方向 K1K8K11 等效剪切波速 m s 286338290 X 向卓越周期 s 0 2170 2170 208 场地土类型中硬土中硬土中硬土 Y 向卓越周期 s 0 2170 2170 217 建筑场地类别 Z 向卓越周期 s 0 2220 2170 208 结 论 本场地 20m 深度范围内土层的等效剪切波速为 286 338m s 场地覆盖 层厚度大于 5m 属中硬场地土 类建筑场地 场地卓越周期可按 0 22s 考虑 4 6 2 抗震设防烈度及地震分组 按照 建筑抗震设计规范 GB50011 2001 本场地抗震设防烈度为 7 度 设计地震分组属第一组 设计基本地震加速度值为 0 10g 设计特征周期 0 35s 4 6 3 液化判定 1 初步判别 按照 建筑抗震设计规范 GB50011 2001 结合 水工建筑物抗震设计 规范 DL5073 2000 和场地实际情况 初步判定尾粉细砂 尾粉土具液化可 能性 故本工程对地面下 20m 深度范围内的土层进行进一步液化判别 2 标准贯入试验判别法 按照 建筑抗震设计规范 GB50011 2001 当饱和土标准贯入试验锤击 数实测值 未经杆长修正 小于液化判别标准贯入试验锤击数临界值时 应判 为液化土 表表 2121 标贯法液化判定成果表标贯法液化判定成果表 孔 号 编号 标贯深度 m 粘粒含 量 标贯实测 值 N 击 标贯临界 值 Ncr 击 判 定 结 果 液化指 数 IlE K3 1 10 15 10 45 3 07 05 6 不液化 K3 2 11 15 11 45 3 07 06 2 不液化 K3 3 12 15 12 45 3 010 06 8 不液化 K3 4 13 15 13 45 3 022 07 4 不液化 K3 5 14 15 14 45 3 017 08 0 不液化 K3 6 15 15 15 45 3 013 05 2 不液化 K3 7 16 65 16 95 3 09 04 3 不液化 K3 8 17 65 17 95 3 012 03 7 不液化 K3 9 18 65 18 95 3 015 03 1 不液化 K3 K3 10 19 65 19 95 3 021 02 5 不液化 0 00 K5 3 14 15 14 45 3 06 07 4 不液化 K5 4 15 15 15 45 3 06 55 2 不液化 K5 5 16 15 16 45 3 08 04 6 不液化 K5 6 17 15 17 45 3 07 04 0 不液化 K5 K5 7 18 15 18 45 3 03 53 4 不液化 0 00 K10 1 10 85 11 15 3 05 06 6 液化 K10 2 12 85 13 15 3 03 58 4 液化 K10 3 14 85 15 15 3 09 05 4 不液化 K10 4 16 85 17 15 3 05 04 2 不液化 K10 K10 5 18 85 19 15 3 07 03 0 不液化 8 39 K11 1 14 15 14 45 3 06 06 2 液化 K11 2 15 15 15 45 3 07 05 2 不液化 K11 K11 3 16 15 16 45 3 06 54 6 不液化 0 13 备 注 1 液化判别标准贯入试验锤击数临界值可按下式计算 15 3 1 09 0 0 s c wscr dddNN 2015 3 1 04 2 0 s c scr ddNN 2 判别标准贯入试验锤击数基准值 N0取 6 3 近期内年最高水位 dw 对