×××尾矿堆积坝稳定性评价岩土工程勘察报告

1、.PAGE ：.；有限责任公司尾矿堆积坝稳定性评价岩土工程勘察报告2007年7月1日目 录文字部分 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc171825256 1 前言 PAGEREF _Toc171825256 h 1 HYPERLINK l _Toc171825257 1.1 工程概略 PAGEREF _Toc171825257 h 1 HYPERLINK l _Toc171825258 1.2 勘察技术要求 PAGEREF _Toc171825258 h 1 HYPERLINK l _Toc171825259 1.3 勘察任务执行的主要技术规范 PAGEREF _

2、Toc171825259 h 2 HYPERLINK l _Toc171825260 1.4 勘察方法及完成任务量 PAGEREF _Toc171825260 h 2 HYPERLINK l _Toc171825261 1.4.1 工程地质测绘 PAGEREF _Toc171825261 h 2 HYPERLINK l _Toc171825262 1.4.2 钻探 PAGEREF _Toc171825262 h 2 HYPERLINK l _Toc171825263 1.4.3 取土试样 PAGEREF _Toc171825263 h 2 HYPERLINK l _Toc171825264 1

3、.4.4 原位测试 PAGEREF _Toc171825264 h 3 HYPERLINK l _Toc171825265 1.5有关阐明 PAGEREF _Toc171825265 h 3 HYPERLINK l _Toc171825266 2 场地工程地质条件 PAGEREF _Toc171825266 h 4 HYPERLINK l _Toc171825267 2.1 地形及地貌 PAGEREF _Toc171825267 h 4 HYPERLINK l _Toc171825268 2.2 区域地层 PAGEREF _Toc171825268 h 4 HYPERLINK l _Toc17

4、1825269 2.3 区域地质构造 PAGEREF _Toc171825269 h 4 HYPERLINK l _Toc171825270 3 堆场工程地质条件 PAGEREF _Toc171825270 h 5 HYPERLINK l _Toc171825271 3.1 堆场形状 PAGEREF _Toc171825271 h 5 HYPERLINK l _Toc171825272 3.2 堆积方式 PAGEREF _Toc171825272 h 5 HYPERLINK l _Toc171825273 3.3 堆场地层 PAGEREF _Toc171825273 h 5 HYPERLINK

5、 l _Toc171825274 3.4 不良地质作用 PAGEREF _Toc171825274 h 5 HYPERLINK l _Toc171825275 4 拦洪坝场地工程地质条件 PAGEREF _Toc171825275 h 6 HYPERLINK l _Toc171825276 5 物理力学性质目的 PAGEREF _Toc171825276 h 6 HYPERLINK l _Toc171825277 5.1 尾矿土的物理力学性质目的 PAGEREF _Toc171825277 h 6 HYPERLINK l _Toc171825278 5.2 尾矿土的抗剪强度目的 PAGEREF

6、 _Toc171825278 h 6 HYPERLINK l _Toc171825279 5.3 规范贯入实验锤击数 PAGEREF _Toc171825279 h 7 HYPERLINK l _Toc171825280 5.4 重型动力触探实验代表值 PAGEREF _Toc171825280 h 7 HYPERLINK l _Toc171825281 5.5 浸透性 PAGEREF _Toc171825281 h 7 HYPERLINK l _Toc171825282 6 场地水、土对建材腐蚀性评价 PAGEREF _Toc171825282 h 7 HYPERLINK l _Toc171

7、825283 7 场地地震效应 PAGEREF _Toc171825283 h 8 HYPERLINK l _Toc171825284 7.1 尾矿坝分级及场地分类 PAGEREF _Toc171825284 h 8 HYPERLINK l _Toc171825285 7.2 地震动参数 PAGEREF _Toc171825285 h 8 HYPERLINK l _Toc171825286 7.3 地震液化和震陷 PAGEREF _Toc171825286 h 8 HYPERLINK l _Toc171825287 8 堆场坝体稳定性分析与计算 PAGEREF _Toc171825287 h

8、8 HYPERLINK l _Toc171825288 8.1 尾矿坝现状分析 PAGEREF _Toc171825288 h 8 HYPERLINK l _Toc171825289 8.2 尾矿坝渗流分析 PAGEREF _Toc171825289 h 9 HYPERLINK l _Toc171825290 8.3 尾矿坝稳定性评价 PAGEREF _Toc171825290 h 9 HYPERLINK l _Toc171825291 8.4 尾矿坝加高排渗措施 PAGEREF _Toc171825291 h 12 HYPERLINK l _Toc171825292 9 结论及建议 PAGE

9、REF _Toc171825292 h 13附件：岩土工程勘察义务委托书图表部分序号图表称号张数附录1勘探点主要数据一览表112工程地质平面图123工程地质剖面图33-13-34土工实验成果报告34-14-35单环注水实验成果35-15-36水质分析报告26-16-27土易溶盐含量分析报告27-17-28渗流分析计算图38-18-39稳定性计算图98-48-18*省*县新兴矿业*尾矿堆积坝稳定性评价中国有色金属工业西安勘察设计研讨院 1 前言*有限责任公司*尾矿堆积坝稳定性评价岩土工程勘察任务，是根据该公司提出的岩土工程勘察义务委托书技术要求，并受*有限责任公司委托，由我院于2007年6月完成

10、。1.1 工程概略*银花钒矿位于*省*县银花镇梅子沟村，尾矿库位于梅子沟西侧的*，处于糜子沟主沟道。原*坝80年代建筑，现无设计资料，该坝原为水库。根据现场踏勘及甲方提供资料知，*初期坝为重力砌石夹心不透水坝，坝高约22.0m，坝底宽约23.0m，坝顶宽3.0m。坝顶轴线长62.0m，坝顶高程598.0m，坝下脚线高程为576.3m，库容约12万m3。该矿从1998年开场向库内排放尾矿渣，采取坝后恣意排放。目前库内尾矿渣堆放高程595.51598.62m，距坝顶平均高程约1.3m，整体呈坝前低，坝后高。该坝于2006年停用，并进展了闭库设计。目前新的尾矿库正在筹备建筑之中，为保证矿山正常消费运

11、营，拟将该库做为暂时过渡尾矿库，据设计初步估算，坝体拟加高310m。该尾矿库排洪系统采用排洪涵洞，排洪涵洞建立在西侧，防洪规范为100年一遇。加高38.0m时，按AQ2006-2005第4.1条划分，加高后的尾矿库为五等库。加高8m时，按AQ2006-2005第4.1条划分，加高后的尾矿库为四等库。 1.2 勘察技术要求1查明尾矿库存在的不良地质作用，评价不良地质作用对堆场的影响，提出合理的防治措施；查明尾矿库的地层、岩性，提供尾矿土常规物理力学目的、颗分、浸透系数及抗剪强度目的C、值；查明目前标高下尾矿库地下水位浸润线及变化规律；提供尾矿库所在区域的地震烈度及地震动参数，评价堆场的地震效应；

12、5分析评价已运转坝体的稳定性，继续加高坝体的适宜性和稳定性。6对尾矿库运用提出合理的工程措施或建议。1.3 勘察任务执行的主要技术规范1GB50021-2001；2AQ2006-2005；3YS5202-2004；4GB50191-93；5GB/T50123-1999；6GB18306-2001；7SL274-2001。报告书中援用上述规范时均以其编号简称。1.4 勘察方法及完成任务量本次勘察采用工程地质测绘、钻探、原位测试和室内土工实验相结合的方法进展。1.4.1 工程地质测绘在搜集场地已有资料的根底上，经过实地调查，查明场地地形地貌、地质界限，查明库区、坝体及其附近有无影响其稳定性的不良地

13、质作用，重点对坝体的稳定情况进展调查。测绘精度1:1000，成图精度1:1000，采用仪器法及半仪器法进展，其成果反映在工程地质平面图上见附录2。1.4.2 钻探垂直于坝轴线布置勘探线3条，每条勘探线上布置不少于4个勘探点，共布置13个勘探点。勘探点间距3050m，钻探的目的是查明尾矿的堆积规律、胶结程度及其物理力学性质目的，查明坝体内浸润线位置，采取土试样和进展原位测试，获得堆场稳定性分析剖面。钻探施工采用两台XY-1型钻机，采用套管护壁钻进，开孔直径130mm，终孔直径110mm。共完成钻孔7个，孔深1020m。1.4.3 取土试样为获得尾矿土的物理力学性质目的，在6个钻孔中进展了岩土取样

14、，共采取不扰动试样11件，扰动试样44件，取样间距为1.52.0m。不扰动试样采用薄壁取土器静力压入法或重锤轻击法采取，土样质量为级。1.4.4 原位测试1规范贯入实验为评价尾矿砂的密实度，对尾矿进展分层，在一切勘探点均进展了规范贯入实验。标贯间距1.52.0m。规范贯入实验次数16次。2圆锥动力触探实验在碎石土中进展了重型圆锥动力触探实验，锤重63.5kg，落距76cm，探头直径74mm，锥角60，用球式自动抓脱钩安装。3现场实验为查明废渣的浸透系数，进展现场注水实验。为查明废渣的物理力学参数，现场进展天然重度实验和天然休止角实验。4) 室内土工实验和水质分析本次勘察室内土工实验工程为常规土

15、分析含水量、孔隙比、密度等，此外还进展了直剪、颗分等特殊性实验。为评价堆场水、土对建筑资料的腐蚀性，进展了堆场土的腐蚀性和水质分析实验。土工实验和水质分析执行GB/T50123-1999规程。完成的勘察任务量汇总于表1.4。1.5有关阐明1勘探点位置，是根据甲方提供的1：500中已有建筑物的相对位置，用钢尺量测施放的。2勘探点高程是以甲方提供的初期坝顶面BM1标高598.0m为基准引测的。各钻孔坐标是以BM1点坐标X：5000.00 ，Y：5000.00图解获得。表1.4序号工 作 内 容单 位数 量1工程地质测绘km20.0082勘探点测放个133钻 探m/孔113/74取土试样扰动样件44

16、不扰动样件115原位测试规范贯入实验次/孔13/5圆锥动力触探实验m/孔14/4试坑单环注水实验处3天然密度实验处46室内土工实验常规工程件48直剪实验饱和固结快剪组7颗粒分析件277取水及水质分析件28土易溶盐含量分析件22 场地工程地质条件2.1 地形及地貌尾矿库所在的梅子沟地形切割猛烈，坡度普通为2535,最大50，地形总体上呈东北高西南低态势，沟谷形状呈“U字形。地表沟谷属季节性支流,干旱季节见断流景象。地面标高介于575.00619.00m，地貌单元属中低山区。2.2 区域地层据本次地质调绘及勘探揭露结果，堆场底部地层为第四系全新统坡、洪积Q4dl+pl碎石类土，其下部为二叠系杂色千

17、牧岩和泥质灰岩。2.3 区域地质构造由搜集到的1100000地质构造图及资料可知，场地地质构造单元属秦祁地槽东秦岭褶皱系之印支褶皱带，位于两河凤镇牛耳关朱林关复活断裂带南侧，次级构造复杂，坝址及库区内无断层经过。3 堆场工程地质条件3.1 堆场形状梅子沟*尾矿坝为重力砌石夹心坝，坝后堆积。沟谷横断面呈“V字型。堆积坝呈西南东北走向，南北长约90.0m，东西长约65.0m，坝顶标高为598.0m。库内滩面呈南高北低，滩面标高约595.51m598.62m。3.2 堆积方式尾矿的堆积方式为坝后堆筑，尾矿和水的混合物经过坝内水沟向堆场内排放，尾矿经过沉淀后自然堆积在堆场内，水经卧式排渗管排出，流入坝

18、下游排水渠。3.3 堆场地层据勘探揭露，场地内尾矿堆积物总体规律是：颗粒组成自坝体附近向尾矿库内由细变粗。上部颗粒较粗，为尾矿砂，中间夹有碎石，下部颗粒变细，为尾矿土，薄层互层景象较为普遍。各层尾矿土野外特征描画如下：层尾矿泥Qml：红色，饱和，软流塑状。层厚1.607.00m，层底标高介于588.51594.18m。层尾砾砂Qml：红色，混粒构造，含20%30%圆砾，含粘土少许，松散。层厚3.06.2m，层底标高介于583.01594.75m。层尾圆砾Qml：青灰色，混粒构造，含30%碎石，普通粒径520，最大粒径50，稍密。层厚1.58.50m，层底标高介于581.51590.02m。层尾

19、粉质粘土Qml：红色，夹粘土薄层，饱和，可塑。层厚1.003.00m，层底标高介于578.51583.75m。-1层尾细砂Qml：黄色，混粒构造，含少量碎石，松散。层厚2.002.70m，层底标高介于585.25587.32m。层灰岩D2X：青灰色灰绿色，隐晶构造，巩固，中风化。本层未穿透。坝体填土Qml：黄色，土质较均，含有少量碎石，饱和，可塑。上述各层尾矿土的层位组合及埋藏条件详见附录3-13-5。3.4 不良地质作用根据工程地质测绘，尾矿库及其附近地段未发现不良地质作用迹象，因此可不思索不良地质作用的影响。3.5 地下水堆场停顿运营期间，库区内有沟道水补给，坝内西边有一定长度的水滩勘察期

20、间实测水滩长度约40m。勘察期间，实测堆积坝浸润线埋深介于0.33.3m，标高595.31597.07 m。水位纵向变化不大，总体上呈上游高、下游低，库内高、坝前低的趋势。堆体内地下水为赋存于尾矿土中的潜水。其补给源为消费排放尾矿水及大气降水。堆场内水的排泄主要为原水库卧式排渗管排出。4 拦洪坝场地工程地质条件拟建拦洪坝位于尾矿库内西南方向，该场地地质条件主要为：碎石Q4dl+pl：主由千牧岩和灰岩碎块组成，呈圆角状，普通粒径1050cm，最大粒径约120cm，充填约10的中细砂，稍密中密。层厚约0.50m。 灰岩D2X:青灰色，岩性完好，巩固，隐晶质构造，块状构造。5 物理力学性质目的5.1

21、 尾矿土的物理力学性质目的根据室内土工实验成果和现场密度实验见附录4-14-3，将各层尾矿土的物理力学性质目的进展了统计，其结果列于表5.1。5.2 尾矿土的抗剪强度目的本次勘察对层尾粉质粘土和坝体土样进展固结快剪，实验结果经统计列入表5.2：室内饱和固结快剪实验目的统计 表5.2地层统计目的统计值范围值m粘聚力CuukPa13737内摩擦角uu124.824.8初期坝粘聚力CuukPa227.050.039内摩擦角uu220.221.320.85.3 规范贯入实验锤击数根据规范贯入实验结果，经数理统计得尾矿砂的规范贯入实验击数目的统计值列于表5.3。 实测规范贯入实验击数值统计 表5.3 (

22、击) 统计目的地层编号范围值m尾砾砂136118.11.260.16注：频数；m平均值；规范差；变异系数。5.4 重型动力触探实验代表值根据动探实验结果，经数理统计得尾圆砾的动力触探实验击数目的统计值列于表5.4。 重型动力触探实验击数值统计 表5.4 (击) 统计目的地层编号范围值m尾圆砾148119.01.170.13注：频数；m平均值；规范差；变异系数。5.5 浸透性为查明堆场内尾矿砂的浸透性，进展了现场单环注水实验见附录4-104-12，实验结果列于表5.5，。 现场单环注水实验浸透系数kcm/s 表5.5地层编号统计值浸透系数km尾砾砂35.310-25.910-25.5710-2表

23、5.54结果阐明：野外注水实验测得的垂直浸透系数k为5.310-25.910-2cm/s，尾矿砂属强透水土层。6 场地水、土对建材腐蚀性评价按规范附录G，场地环境类别属类。根据场地2件水质分析报告见附录5-15-2，按上述规范表12.2.1、表12.2.4及表12.2.5-1断定：场地地下水对混凝土构造无腐蚀性；对钢筋混凝土构造中的钢筋无腐蚀性；对钢构造具弱腐蚀性。根据土易溶盐含量分析报告见附录5-35-4，按上述规范断定，尾矿土对混凝土构造无腐蚀性；对钢筋混凝土构造中的钢筋无腐蚀性。7 场地地震效应7.1 尾矿坝分级及场地分类根据AQ2006-2005第4.1-4.2规定，该尾矿坝属4级构筑

24、物。根据堆场岩土工程地质特性，按规范附录F规定，该尾矿坝抗震等级为四级。7.2 地震动参数根据GB18306-2001，堆场所在区域地震动峰值加速度为0.05g，相应的地震根本烈度度，地震反响谱特征周期为0.45s。7.3 地震液化和震陷按GB50191-934.3.1条及4.4.1条规定，本场地属度区，场地土层可不思索液化及震陷的影响。8 堆场坝体稳定性分析与计算*水库于80年代建筑，原勘察资料不详。从现场调查可知库区周边山体稳定，未发现断层、滑坡、崩塌等不良地质景象。该库于1996年由水库改造为尾矿库，并对坝体上下游坡面进展约2.0m厚浆砌片石护面。*尾矿库2006年停顿运用，并进展了闭库

25、设计。由于目前新的尾矿库正在筹备建筑之中，为保证矿山正常消费运营，拟将该库改造为暂时过渡尾矿库。本次勘察主要目的是对初期坝和坝高加高3m、5m、10m情况下的稳定性进展评价。8.1 尾矿坝现状分析从现场实践调查可见：由于*坝体为重力砌石不透水坝，坝内沟道汇流有东西两条支沟。勘察期间，东边支沟有小量流水不断补给流入坝内，西边支沟目前未设拦洪坝，在暴雨情况下有大量洪水进入坝内。排渗设备为原水库卧式排渗管排水，排水量较小，尾矿坝经常处于饱和形状。2该尾矿坝矿渣采取坝后恣意排放，由于该坝由原水库改造，坝体未作尾矿水渗漏导排措施，不利于库内浸润线的降低和堆积尾矿的排水固结。3初期坝坝面未出现裂痕、渗漏等

26、景象。4设置在库区左岸的排洪涵洞，高2.1m、宽2.6m，面积为5.46m2。根据甲方提供的，该排洪涵洞能满足100年一遇的洪水导排。综合上述要素，按AQ2006-2005规定，该尾矿库无排渗系统，继续运用时必需添加必要的工程措施。8.2 尾矿坝渗流分析渗流分析利用理正岩土软件渗流分析计算模块，采用有限元法对尾矿坝加高3m、5m、10.0m分别进展渗流计算，获得洪水运转条件下尾矿坝的浸润线。计算时按AQ2006-2005要求，加高3m、5m时，最小平安超高按0.4m，最小滩长为40.0m控制，化引滩长为24.4m；加高10m时最小平安超高按0.5m，最小滩长为50.0m控制，化引滩长为28.1

27、8m。渗流分析计算图见附录8-18-3。8.3 尾矿坝稳定性评价稳定性计算瑞典圆弧法，利用理正软件进展计算。 在充分思索野外原位测试、室内常规实验、直剪实验等各种实验条件的根底上，参考其它尾矿库地层参数和有关规范综合确定计算剖面上各层岩土的天然重度、饱和重度sat、粘聚力c和内摩擦角列于表8.1。 稳定性计算参数 表8.1地层编号地层称号天然重度kN/m3饱和重度kN/m3抗剪强度目的粘聚力kPa内摩擦角尾矿泥14.014.0410尾砾砂16.016.0828尾圆砾17.017.0030尾粉质粘土17.017.01015-1尾细砂16.016.0832灰岩20.020.0200055初期坝22

28、.022.030.025加高部分18.018.0820备注：因勘察期间尾矿库地层趋于饱和，故计算时标采用饱和抗剪强度目的。计算时思索了地下水的浸透力，并采用总应力法进展计算。由于勘察期间尾矿坝处于近似饱和形状，故取3条剖面对现状饱和形状、加高3m标高601.0 m后正常运转和洪水运转形状、加高5m标高603.0 m后正常运转和洪水运转形状、加高10m标高608.0 m后正常运转和洪水运转形状进展计算。加高时采用上游法筑坝，且在初期坝坝顶布置排渗管。 尚需阐明，计算尾矿堆积坝加高情况时，按规程第5.3.14条规定，浸润线按渗流计算结果确定的。加高时坡比为1：3.5，加高10米时的子坝每阶5.0m

29、高，共设两级子坝，马道宽3.0m。稳定性计算图详见附录8-48-15，稳定性评价按AQ2006-20055.3.18规定，采用瑞典圆弧法计算条件时坝坡抗滑稳定最小平安系数进展。 稳定性计算结果 表8.2断面号计算条件形状圆心坐标最危险半径R(m)最小平安系数稳定性评价XmY(m)1-1现状饱和7.034.034.751.206稳定加高3m正常运转7.137.237.851.203稳定洪水运转46.73324.27.521.134稳定加高5m正常运转50.829.013.9951.205稳定洪水运转49.53325.810.450.893不稳定加高10m正常运转58.039.626.331.11

30、2不稳定洪水运转58.039.626.3290.871不稳定2-2现状饱和7.234.034.751.207稳定加高3m正常运转732.237.8531.204稳定洪水运转46.824.27.4871.133稳定加高5m正常运转50.33330.214.1981.20稳定洪水运转48.33326.210.1780.98不稳定加高10m正常运转55.647.630.691.146不稳定洪水运转50.73328.2012.1440.956不稳定3-3现状饱和6.86735.035.671.298稳定加高3m正常运转737.237.8531.204稳定洪水运转46.73324.27.5271.124

31、稳定加高5m正常运转20.73329.414.1.195稳定洪水运转49.53325.810.350.925不稳定加高10m正常运转58.4044.4029.761.120不稳定洪水运转57.2041.6027.2280.879不稳定8.2计算结果可以得到以下结论：1尾矿堆积坝在现状饱水运转条件下， 3条剖面均为稳定形状，满足最小平安系数要求。2后期子坝加高3 m，在正常运转和洪水运转条件下均为稳定形状，满足最小平安系数要求。3后期子坝加高5 m，在正常运转条件下均为稳定形状，满足最小平安系数要求，在洪水运转条件下均不稳定。4后期子坝加高10 m，在正常运转条件下均不满足最小平安系数要求，在洪

32、水运转条件下均不稳定。5后期子坝加高5 10m时，尾矿坝内尾矿泥层厚度较大、工程性能差及浸润线较高是呵斥尾矿坝不稳定的主要缘由。8.4 尾矿坝加高排渗措施基于以上分析，当加高3m时，应对该尾矿坝采取排渗措施。采取排渗措施后，后期子坝按1:3.5坡比可加高10m。此时，建议除在初期坝坝顶平面布置程度排渗管外，应在初期坝高程590.0m以上按间距5.0m、孔深约45.0m布置程度排渗孔。对坝体排渗后，层尾矿泥因排水固结，土体密度增大，计算时取水上c为15.0kPa，为10.0o。水下c为13.0kPa，为10.0o。对3条剖面在加高、排渗处置、采用上游法筑坝后的正常运转和洪水运转形状进展稳定性计算

33、，稳定性计算图详见附录8-168-18，计算结果见表8.3。稳定性计算结果 表8.3断面号计算条件形状圆心坐标最危险半径R(m)最小平安系数稳定性评价XmY(m)1-1加高10m排渗正常运转57.6047.6031.821.870稳定洪水运转58.040.8027.3131.075稳定2-2加高10m排渗正常运转56.8047.6030.511.511稳定洪水运转56.0047.2030.241.176稳定3-3加高10m排渗正常运转58.8046.0031.261.840稳定洪水运转58.0043.6029.061.083稳定由8.3计算结果可看出：1采取排渗措施降低浸润线和层土排水固结后，尾矿坝加高10.0m在正常运转和洪水运转形状下均满足AQ2006-20055.3.18规定的最小平安系数要求。2尾矿堆积坝在继续加高运转过程中必需严厉执行设计和规范要求，留设马道，坡比应不大于1:3.5。综合以上稳定性分析可看出，浸润线对坝体稳定性的影响很大，当浸润线位置较高，坝体趋于饱和形状时，坝体稳定性降低很多。在现状条件下加高尾矿坝稳定性差是由于坝内上层层分布有比较厚的尾矿泥所致。故在尾矿坝继续加高过程中，应采用上游法筑坝，且需加强对库区排放和排水的管理，采用坝前排放方式