摘要：受尾礦物理力學性質(zhì)以及上游式尾礦堆積壩所處地理位置、特殊的水文地質(zhì)環(huán)境的控制，上游式尾礦堆積壩的變形（包括沉降與水平位移）是一個比較復雜的過程，但從沉降觀測的角度上看，還是有其規(guī)律性的，文章利用柿竹園煙沖溝尾礦庫的工程地質(zhì)勘察資料以及變形觀測資料對上游式上游式尾礦堆積壩的變形規(guī)律進行了分析，以期對該類壩型的管理工作以及安全穩(wěn)定性評價增添便利。

　　關(guān)鍵詞：尾礦庫；壩體變形規(guī)律；水平變形；時間演化特征；穩(wěn)定性

　　上游式尾礦堆積壩的變形觀測作為壩體穩(wěn)定性監(jiān)測的一個重要手段，通過對壩體在垂直與水平兩個方向的變形觀測，能夠及時發(fā)現(xiàn)壩體異動，及早采取措施，保證上游式尾礦堆積壩的安全。但上游式尾礦堆積壩的變形觀測數(shù)據(jù)往往比較凌亂，只憑單個的監(jiān)測數(shù)據(jù)很難作出準確的判斷，尤其是在安全評價時對上游式尾礦堆積壩作穩(wěn)定性分析的時候，面對大量的觀測數(shù)據(jù)，或者是不連續(xù)的，或者是規(guī)律性不強的，怎么去判斷壩體是否趨于穩(wěn)定，就必須對上游式尾礦堆積壩沉降變形的一般規(guī)律有所了解，下面以柿竹園礦煙沖溝尾礦庫為例對上游尾礦庫壩體變形規(guī)律進行探討。

　　一、尾礦庫簡介

　　煙沖溝尾礦庫位于南嶺山脈中段北緣的低山區(qū)域，地勢為南高北低，兩岸多為陡峭的巖壁，部分為坡地，坡地植被發(fā)育。

　　該庫初期壩為粘土斜墻堆石壩，壩高24m，后期采用尾礦上游法堆壩，堆積邊坡1:4，設(shè)計尾礦最終堆積標高為600m，相應最大壩高102m。總庫容750萬立方米。該庫目前已堆筑至583米標高，總壩高85米，共堆積尾礦約430萬立方米。

　�。ㄒ唬�庫區(qū)地層條件

　　根據(jù)野外鉆探所揭露的地層為第四系坡積+洪積（Qdl+pl）層和泥盆系上統(tǒng)錫礦山組（Dx2+3）中段石灰?guī)r。

　　庫區(qū)內(nèi)地下水分為上部水和喀斯特裂隙水兩種類型。

　　（二）尾礦堆積體

　　庫內(nèi)尾礦可分為松散尾粉砂、稍密尾粉砂、稍密尾亞砂，軟塑～流塑狀態(tài)尾輕亞粘、軟塑～流塑狀態(tài)尾重亞粘等5層。

　　二、變形觀測成果

　　從1990年開始，煙沖溝尾礦庫大壩上陸續(xù)設(shè)置了12個壩體變形觀測點，共分為三排，連續(xù)進行觀測，其記錄為22期，后在2004年又重新設(shè)置了四排17個觀測孔，具體為：A排與B排設(shè)置于初期堆石位置，其標高為539.00m左右，C排利用1990年設(shè)置的五個觀測點，其標高為555.00m，D排設(shè)置于569.00m標高位置，到2007年5月止，共進行了8期變形觀測，其間隔周期從半個月到6個月不等。

　　三、上游式尾礦堆積壩變形規(guī)律

　　上游式尾礦堆積壩為人工邊坡，受地形、堆積時間、放礦方式、滲流壓力、尾礦自重等影響，其變形較為復雜，為了方便，一般將其分為垂直沉降與水平位移兩大類，其變形存在以下規(guī)律：

　�。ㄒ唬┛臻g分布特征

　　水平位移。水平位移變形規(guī)律為：

　�。�1）垂直壩軸方向上，從下至上，水平位移量與變形速率逐漸加大；

　�。�2）在平行壩軸方向上，壩中間觀測點水平位移與變形速率比兩側(cè)觀測點大；

　�。�3）D排點受壩頂放礦控制，局部出現(xiàn)水平位移負值。

　　說明尾礦壩受坡面效應的影響，產(chǎn)生水平力，導致了尾礦壩逐漸向下游方向變形；同時，在上部荷載改變時，尾礦壩體現(xiàn)出其適應應力變化的特性，在局部產(chǎn)生扭曲變形，也說明了此時期該處的垂直沉降占據(jù)主要地位，水平位移只是垂直沉降的附加效應。

　�。ǘ�）時間演化特征

　　1．沉降變形。

　�。�1）沉降大小與尾礦沉積的時間有很大的關(guān)系，沉積時間越長，其沉降值越小，速度越慢，反之，其沉降值越大，速度也越大，如C排與D排，其尾礦堆積厚度相差不大，但在沉降量上D排比C排大一倍多；

　�。�2）在同一觀測點上，隨時間的推移，其沉降速率逐漸降低。

　　隨時間的推移與壩體逐漸加高，壩體沉降中心逐漸隨壩軸向上游推移，下游壩體則由于其上部荷載趨于穩(wěn)定，因而垂直沉降速率逐年減小。

　　2．水平位移。尾礦壩的水平位移隨時間的推移逐步加大，其變形速率為0.2～0.6mm/月，受雨季降水的影響：在雨季中后期由于地下水滲流壓力加大，各點的水平位移速率有加大趨勢，而在雨季過后，尾礦庫壩體內(nèi)浸潤線下降，滲流壓力減小，各點的水平位移速率回落，說明壩體水平位移主要受邊坡不均勻應力的影響，而地下水的滲流壓力的變化則會引起變形速率的振蕩。

　�。ㄈ�）特殊情況下的變形

　　由于該尾礦庫位于喀斯特地區(qū)，壩體在570.00m標高曾多次發(fā)生壩體塌陷，在塌陷區(qū)將產(chǎn)生環(huán)形的變形區(qū)域，導致其附近的觀測點發(fā)生較大的垂直沉降與水平位移，甚至水平方向上還發(fā)生了較大的向上游偏移的變形。

　　壩體排滲設(shè)施的正常與不正常導致的浸潤線上下變化，同樣也會加大壩體的沉降，如1998年前后540標高處的大口排滲井正常工作后，此處的浸潤線得以下降，也就在此時，B排點處的沉降變形速率與水平位移速率突然加大，但此后又逐漸恢復了原有速度。

　　四、變形機理分析

　　尾砂堆積物屬欠固結(jié)土層，在自重應力下仍要固結(jié)壓密，而使地面緩慢下沉。其主要特性為壓縮性與固結(jié)性以及其他特性。

　　（一）壓縮性

　　尾礦是三相體，在荷載作用下的壓縮包括尾礦顆粒的壓縮、孔隙中水的壓縮和孔隙的減小。在一般情況下，尾礦顆粒和水本身的壓縮是可以忽略不計的，因此，尾礦沉積層的壓縮變形主要是由于水和空氣從孔隙中排出引起的。

　　尾礦砂與尾礦泥之間的物理力學性質(zhì)差異是影響壓縮指數(shù)的最基本因素；另一重要因素是尾礦砂和尾礦泥在沉積層中的密度或孔隙比，初始狀態(tài)越疏松或越軟弱，在荷載作用下壓縮越大。由于尾礦處于松散沉積狀態(tài)，具高棱角性和獨特的級配特性，它們的壓縮性都比類似的天然土大。尾輕亞粘與尾重亞粘中因粘粒含量較高，孔隙的連通性較差，透水性小，壓縮性強，是尾礦壩沉降的最主要地層。

　�。ǘ�）固結(jié)

　　固結(jié)既引起壩體和基礎(chǔ)沉降，又控制壩體和基礎(chǔ)穩(wěn)定性，是尾礦庫工程中最重要工程性質(zhì)之一。

　　按照太沙基理論，材料固結(jié)的時率可分作主固結(jié)和次固結(jié)階段。

　　主固結(jié)控制常荷載下孔隙壓力消散的速度，尾礦砂主固結(jié)發(fā)生很迅速，尾礦泥的固結(jié)系數(shù)處于與天然土相同的量級。

　　大多數(shù)類型尾礦，在常荷載下，甚至在主固結(jié)引起的孔隙壓力消散基本完成之后，次壓縮常產(chǎn)生連續(xù)變形，是由于荷載作用下連續(xù)的顆粒重新排列和顆粒間滑動造成的。

　�。ㄈ�）其他

　　由于尾礦庫區(qū)的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件發(fā)生突變，或由于不良工程地質(zhì)條件的影響等，都有可能使尾礦堆積壩產(chǎn)生異常的沉降與水平位移；就煙沖溝尾礦庫而言，影響最大的不良工程地質(zhì)條件就是巖溶造成的壩體塌陷導致異常變形。

　　另外可能導致異常變形的還有壩體排滲設(shè)施失效所導致的壩體浸潤線升高，地表水流的沖蝕，人為破壞，地震、洪水等自然災害的影響。

　　五、變形與穩(wěn)定性關(guān)系

　　1．尾礦的沉降與固結(jié)將使尾礦的物理力學性質(zhì)逐漸好轉(zhuǎn)，對增強上游式尾礦堆積壩的穩(wěn)定性非常有利。

　　2．在空間上，壩體下游比上游沉降小，壩體兩側(cè)比壩中間部分沉降量小，再者受尾礦堆積層的物理力學性質(zhì)控制，軟弱層厚度大的地點其絕對變形值與變形速度都會較大，這些變形規(guī)律是我們研究上游式尾礦堆積壩穩(wěn)定性的重要依據(jù)。

　　3．隨著時間的推移，上游式尾礦堆積壩的變形將逐步變緩，尾礦庫停用后，其變形也將逐步趨于穩(wěn)定，在此過程中，發(fā)生的任何異常變形都可能是尾礦壩失穩(wěn)或出現(xiàn)其他事故的預兆，應引起足夠的重視。

　　六、結(jié)語

　　上游式尾礦堆積壩的變形遵循一定的規(guī)律，其與尾礦堆積規(guī)律、堆積時間以及尾礦庫所在地的水文工程地質(zhì)條件等有密切的聯(lián)系。

　　要想在工作中搞清楚上游式尾礦堆積壩變形，為尾礦庫的管理與安全評價等提供準確的信息，就必須查明尾礦庫區(qū)的水文地質(zhì)與工程地質(zhì)條件，查明尾礦的沉積規(guī)律及沉積時間，這就要求在尾礦庫的日常管理中必須建立尾礦庫的動態(tài)管理數(shù)據(jù)庫，建立一個比較固定的評價模式，從而使分析工作簡單化、快速化。

　　參考文獻：

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　　作者簡介：郭朝陽（1971－），男，廣東韶關(guān)人，湖南有色冶金勞動保護研究院水工環(huán)地質(zhì)工程師，注冊土木（巖土）工程師，注冊安全工程師，一級建造師，研究方向：尾礦庫、水文工程地質(zhì)。