紫金矿业集团股份有限公司紫金山金铜矿
摘要：尾矿库是筑坝拦截谷口或围地构成的，用以堆存金属或非金属矿山进行矿石选别后排出尾矿或其他工业废渣的场所。汛期历来是各类生产安全事故的易发、高发期。受强降雨等极端天气的影响，汛期容易发生尾矿库溃坝、垮坝等安全事故。本文对降雨条件下尾矿库稳定性影响进行研究。
关键词：降雨；尾矿库；稳定性
1降雨对尾矿库的影响
尾矿库为人造、高势能危险源，一旦发生坝体垮塌、渗透破坏、溃坝等事故，事故所诱发的泥石流、洪水等次生灾害对于下游建构筑物、人民群众的生命财产安全将造成巨大的危害，同时下游的生态环境将遭受难以修复的污染。由于尾矿的特殊性，其综合利用率仍然较低，只有少部分被回收用于建筑材料和矿山采空区充填，剩余的尾矿都被排入尾矿库中堆存。当尾矿库遭受地震、排（截）洪设施设备失效、超设计降雨等极端恶劣的自然灾害与人为因素时，其发生灾害性事故的风险将急剧增大。降雨对于基质吸力、抗剪强度等筑坝材料的物理力学性质、孔隙水压力等应力状态具有很大影响，可导致坝体变形，严重的甚至可造成溃坝。探究最大设计降雨、不同坝高工况下尾矿库的坝体稳定性变化规律，有助于更好地了解尾矿库坝体的失稳机理及失稳过程，对防治尾矿库坝体失稳破坏有着重要意义。
2降雨条件下尾矿库稳定性分析理论基础
2.1稳定性分析数学模型
目前，尾矿库与边坡的稳定性分析计算中广泛采用诸如Geo-Studio、Slide等有限元数值模拟软件进行相关分析。各个单元所受到的作用力都等效于任意统一的节点上，进而组成相应的线性表达式，最后通过对其进行求解得到相应的结果。数值模拟软件的大量应用为人们分析解决实际工程中的问题提供了高效、准确的方法。
2.2极限平衡分析理论
极限平衡分析方法将边坡视作为刚体，其过于注重变形机制，而省略了破坏过程中土体的变化情况。根据莫尔-库仑强度准则，最终通过稳定系数对工程的稳定程度进行描述。任意选定圆弧滑动面AD为可能发生滑移的滑动面，而后将圆弧滑动面AD上方的土体划分为宽度一致的垂直土条，并对土体重和反力进行计算，然后对滑动面AD上方土体的滑动力矩与抗滑力矩进行求解，最终得到滑面AD的安全系数，如图1所示。
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3尾矿库的稳定性模拟分析
3.1Geo-Studio概况
Geo-Studio为广泛应用于岩土等行业的数值模拟软件。本文采用Slope/w（边坡稳定性分析）和Seep/w（地下水渗流分析）两个模块对最大设计降雨条件下坝高增大工况下尾矿库坝体的稳定性进行模拟分析。
3.2工程概况
尾矿库DEM示意图如图2所示。尾矿库主坝位于库区西南侧，浆砌石结构，坝顶宽为1.7m，坝顶标高为1612m，坝轴线长为80.2m，尾矿库在左岸坝肩部分设置了溢洪道，浆砌石结构。1#副坝位于库区东北侧，浆砌石结构，坝顶宽为1.8m，坝顶标高为1612.0m，坝轴线长为87.6m，坝前放矿后库尾形成一定的水位，水位标高为1604.0m。尾矿库位于洗矿车间正东向、直线距离3.0km处，为天然岩溶洼地。原设计最终坝顶高程为1612.0m，堆积高程为1610.0m，有效库容为408.78万m3，扩容工程建成后库容为865.50万m3，为四等库。
3.3降雨条件下稳定性计算分析
（1）模拟计算参数选取
选择坝顶高程分别为1610m和1620m时，在最大设计降雨工况下对尾矿库的坝体稳定性进行模拟分析。模拟分析中所需的各相关参数根据现场实际试验/测量和室内土工试验获得，其参数选取如表1所示。
（2）稳定性分析结果
在计算中考虑最大降雨情况下（两百年一遇，175.5mm/d），笔者研究了尾矿库分别在坝顶高程1610m（原设计最终坝高）和坝顶高程1620m（加高坝高）两种工况下的安全系数随降雨时间的变化规律。原设计坝高最大降雨情况下安全系数随时间变化如图3所示。加高坝高（增加10m）最大降雨情况下，安全系数随时间变化如图4所示。
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4结论
本文采用数值模拟软件对某尾矿库在不同坝高和最大设计降雨情况下的稳定性进行模拟，分析其稳定性随着坝高和降雨的变化规律，研究坝高增高和最大设计降雨两种工况下的尾矿库稳定性。结果表明，在坝高增加和最大设计降雨情况下，尾矿库的稳定性符合设计规范要求。在原设计坝顶高程1610m和增加坝高坝顶高程（1620m）两种情况下，尾矿库坝体稳定性的变化规律基本一致：前期均呈现骤降后趋于稳定值，且安全系数数值均符合《尾矿库安全技术规程》要求。
参考文献
[1]库内降雨下的尾矿库坝体浸润线变化规律研究[J].唐永俊,叶光凤.价值工程.2017(08).
[2]尾矿库溃坝及尾矿泄漏成因分析与预防措施研究[J].张家荣,刘建林,李晓刚.环境保护科学.2019(02).