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【摘 要】 某尾矿坝无渗流控制措施，致使坝体浸润性过高、坝体出现局部滑移及挤压破碎变形，影响坝体及周边安全，结合尾矿坝的实际运行情况，通过对尾矿库排灰方式、尾矿坝工程管理情况及尾矿坝险情、隐患分布的实地调研，针对尾矿坝工程运行的安全要求，运用现场监测、室内试验及数学模型计算等手段，评价尾矿库运行现状，通过对各影响因素的量化分析，总结尾矿库的有效渗控措施和加固方案。
【关键词】 尾矿坝；渗控措施；辐射井；三维渗流
工程概况
某尾矿坝顶高程170m，尾矿库南北长1700余米，东西宽100m～200m，平面上北窄南宽，总占地530.95亩。设计坝体和坝底均有渗控，但在尾矿坝实施过程中，未按照设计进行施工，以致坝体导致尾矿坝体浸润线过高，从而在下游坝坡上出现局部滑移、陷坑、隆起、扭曲、裂缝及两岸绕渗等破坏现象，对下游保护区范围内人民的生产财产安全及生态安全构成重大威胁。
1、现场监测
于现场布设监测系统用于观测尾矿库近坝区和坝体水位空间分布，监测系统的布设本着简便实用的原则进行，共布设9个观测点，同时利用坝体原有2个观测点，组成横向3条观断面，纵向3条观断面。靠近库区左岸有两个排水井，远离坝的排水井（80m）因堵塞而失效。
3#观测点地下水位在1.5m～2m之间，1#观测点地下水位在2.5m～3m之间。因赤泥渗透系数为坝体的500倍，坝体理论为相对不透水层，水位应基本水平，产生水位差的原因为近坝排水井影响。3#测点距有效排水井远，1#测点距有效排水井近，可见排水井可有效降低库区水位，从而降低坝体浸润线。由纵向地下水位分布可见，中部高两侧低，现场干滩长度为中部短两侧长，干探长度是影响地下水位分布的又一因素。
基于以上监测结论，提炼影响地下水位（坝体浸润性）分布的主要因素为干探长度和有无排水设施，为有限元分析提供计算工况。
2、计算参数
鉴于数值模拟计算的需要，于现场取尾矿库赤泥原状样，通过室内土工试验，得库区材料的渗透系数和强度参数。坝体和坝址区地层计算参数取自设计报告和勘察报告，参数取值见表1。
3、三维渗流计算
针对二维渗流计算无法全面反映工程范围内地下水的空间分布及现场监测只能针对有限的区域开展的不足，采用某科研院的渗流计算程序（HZJ96.FOR）进行三维渗流计算。经分析计算得模型范围内等水势线分布规律：1）尾矿坝饱和区较大，坝体两端水头线分布不对称，表现为坝体南端高、北侧较低。2）分析原因为南侧山体渗透性小；北侧山体范围较小，且被渗透性较大的耕植土覆盖。3）坝体自由面较高，饱和区较大，非饱和区较小，等水头线分布介于166.0m～163.0m，坝顶面以下4.0m～7.0m即为饱和非饱和分界面，坝体饱和区域较大，对大坝的安全运行不利。4）两坝肩下游等水头线分布密集，表明该部位水力坡降大，易出现渗透破坏，该部位即为渗透破坏加固的重点区域，为现场渗控设施的实施确定位置。
4、尾矿库运行现状分析
因尾矿坝断面尺寸不均匀，运行现状分析建模采用分段截取得典型断面。模型尺寸的确定本着扩大尺寸对计算结果影响较小的原则进行选取，由试算确定相应尺寸。计算参数参照地质勘查、设计报告及试验数据选取，建立干摊长度100m的计算模型，采用GEO-studio软件对模型进行渗流和稳定计算，得1-1和2-2断面尾矿坝均处于相对稳定阶段，但小于《尾矿堆积坝岩土工程技术规范》（GB 50543-2010）抗滑稳定不小于1.25的规定，尾矿坝处于“带病”运行状态，急需实施渗控措施和加固方案。
5、渗控措施及加固方案
针对不同干滩长度、有无辐射井及尾矿坝下游是否压重固脚计算工况，量化干滩长度、辐射井及压重固脚对尾矿坝渗流和稳定的影响程度，从而优选出合理的渗控措施及加固方案。
（1） 干滩长度影响
为量化不同干滩长度工况下尾矿坝渗流和稳定的影响程度，分别建立1-1断面干滩长度50.0m、100.0m和150.0m的计算模型，依据表1计算参数，通过分析计算得各工况成果见表2。
随干滩长度的增大，尾矿坝出逸点距马道的斜距增大，抗滑稳定性提高。干滩长度增大200%，出渗点距马道的距离增大3.8%。通过增大干滩长度来增大坝体非饱和区域效果甚微，原因为赤泥渗透性相对坝体大。
干滩长度由50.0m增大至150.0m时，抗滑稳定安全系数由1.074增大至1.113，即干滩长度增大200%，抗滑稳定安全系数增大3.6%，通过增加干滩长度提高坝体抗滑稳定性效果差，坝体抗滑稳定安全系数较低的主要原因为坝体浸润线高。
（2） 辐射井影响
采用自编有限元程序（HZJ96.FOR）进行辐射井二维渗流预测，假定辐射井位置在坝轴线上游65m处，辐射井直径2.5m，导水管直径40cm，二维辐射井预测干滩长度为220.0m工况下辐射井内水深约6m，此时，坝顶以下24.0m左右为饱和非饱和分界面，对比三维渗流计算结果（坝顶以下4m～7m）其饱和非饱和分界面（浸润线）下降了约17.0m左右，布设辐射井可以较大幅度的降低坝体浸润线，使饱和区域大大减小，从而较大幅度的提高坝体抗滑稳定性。
依据二维辐射井渗流计算成果，采用有限元计算软件（GEO-studio）量化此工况尾矿坝抗滑稳定性，现状与打设辐射井后尾矿坝抗滑稳定性成果见表3。
相对无辐射井的尾矿坝抗滑稳定安全系数由1.10增大到1.85，抗滑稳定安全系数增大高达68%，抗滑稳定性满足规模要求，辐射井效果明显。
（3） 坝下游压重固脚影响
采用沿坝面坡度延伸至原始地面的方法模拟压重固脚效果。以干滩长度为100.0m的1-1和2-2断面模型为例，量化坡脚压重固脚对坝体抗滑稳定安全系数的影响程度，经渗流及抗滑稳定计算成果见表4。
断面1-1压重固脚使抗滑稳定安全系数提高3.6%，增大至1.14；断面2-2压重固腳使抗滑稳定安全系数提高11.1%，增大至1.2。压重前后对比可见，实施压重固角可增大坝体抗滑稳定性，但效果不显著；两断面计算成果比较可见，压重区越大抗滑稳定性提供幅度越大。但单独实施下游压重固脚，抗滑稳定性仍不满足要求。
6 结论
依据现场监测、三维渗流及稳定计算成果，提炼地下水分布的影响因素（干探长度和排水设施及渗控设置重点关注区域），通过各因素的敏感性分析，量化各因素的影响程度，从而得尾矿库渗控措施和加固方案，主要结论如下：（1）增大干滩长度可以降低浸润线和增大尾矿坝抗滑稳定性，但效果甚微；（2）打设辐射井可较大幅度减小坝体的饱和区域，增大坝体抗滑稳定安全系数，效果较为显著；（3）坝下游压重固脚，可以增尾矿坝体抗滑稳定性，但单独实施仍不满足规范要求。
为改善尾矿坝运行性状，首要任务为降低坝体浸润线，即尽快打设辐射井，其次为增大安全储备，建议坝下游进行压重固脚，以确保尾矿坝保护区内人民生命和财产安全。
参考文献：
[1] 《尾矿库安全技术规程》（AQ2006-2005），国家安全生产监督管理总局，2006年3月1日
[2] 钱家欢， 殷宗泽. 土工原理与计算[M]. 中国水利水电出版社， 北京： 1996， 5
[3] 《某尾矿坝体项目工程地质勘察报告》，平顶山市地质工程处，2013年2月
【关键词】 尾矿坝；渗控措施；辐射井；三维渗流
工程概况
某尾矿坝顶高程170m，尾矿库南北长1700余米，东西宽100m～200m，平面上北窄南宽，总占地530.95亩。设计坝体和坝底均有渗控，但在尾矿坝实施过程中，未按照设计进行施工，以致坝体导致尾矿坝体浸润线过高，从而在下游坝坡上出现局部滑移、陷坑、隆起、扭曲、裂缝及两岸绕渗等破坏现象，对下游保护区范围内人民的生产财产安全及生态安全构成重大威胁。
1、现场监测
于现场布设监测系统用于观测尾矿库近坝区和坝体水位空间分布，监测系统的布设本着简便实用的原则进行，共布设9个观测点，同时利用坝体原有2个观测点，组成横向3条观断面，纵向3条观断面。靠近库区左岸有两个排水井，远离坝的排水井（80m）因堵塞而失效。
3#观测点地下水位在1.5m～2m之间，1#观测点地下水位在2.5m～3m之间。因赤泥渗透系数为坝体的500倍，坝体理论为相对不透水层，水位应基本水平，产生水位差的原因为近坝排水井影响。3#测点距有效排水井远，1#测点距有效排水井近，可见排水井可有效降低库区水位，从而降低坝体浸润线。由纵向地下水位分布可见，中部高两侧低，现场干滩长度为中部短两侧长，干探长度是影响地下水位分布的又一因素。
基于以上监测结论，提炼影响地下水位（坝体浸润性）分布的主要因素为干探长度和有无排水设施，为有限元分析提供计算工况。
2、计算参数
鉴于数值模拟计算的需要，于现场取尾矿库赤泥原状样，通过室内土工试验，得库区材料的渗透系数和强度参数。坝体和坝址区地层计算参数取自设计报告和勘察报告，参数取值见表1。
3、三维渗流计算
针对二维渗流计算无法全面反映工程范围内地下水的空间分布及现场监测只能针对有限的区域开展的不足，采用某科研院的渗流计算程序（HZJ96.FOR）进行三维渗流计算。经分析计算得模型范围内等水势线分布规律：1）尾矿坝饱和区较大，坝体两端水头线分布不对称，表现为坝体南端高、北侧较低。2）分析原因为南侧山体渗透性小；北侧山体范围较小，且被渗透性较大的耕植土覆盖。3）坝体自由面较高，饱和区较大，非饱和区较小，等水头线分布介于166.0m～163.0m，坝顶面以下4.0m～7.0m即为饱和非饱和分界面，坝体饱和区域较大，对大坝的安全运行不利。4）两坝肩下游等水头线分布密集，表明该部位水力坡降大，易出现渗透破坏，该部位即为渗透破坏加固的重点区域，为现场渗控设施的实施确定位置。
4、尾矿库运行现状分析
因尾矿坝断面尺寸不均匀，运行现状分析建模采用分段截取得典型断面。模型尺寸的确定本着扩大尺寸对计算结果影响较小的原则进行选取，由试算确定相应尺寸。计算参数参照地质勘查、设计报告及试验数据选取，建立干摊长度100m的计算模型，采用GEO-studio软件对模型进行渗流和稳定计算，得1-1和2-2断面尾矿坝均处于相对稳定阶段，但小于《尾矿堆积坝岩土工程技术规范》（GB 50543-2010）抗滑稳定不小于1.25的规定，尾矿坝处于“带病”运行状态，急需实施渗控措施和加固方案。
5、渗控措施及加固方案
针对不同干滩长度、有无辐射井及尾矿坝下游是否压重固脚计算工况，量化干滩长度、辐射井及压重固脚对尾矿坝渗流和稳定的影响程度，从而优选出合理的渗控措施及加固方案。
（1） 干滩长度影响
为量化不同干滩长度工况下尾矿坝渗流和稳定的影响程度，分别建立1-1断面干滩长度50.0m、100.0m和150.0m的计算模型，依据表1计算参数，通过分析计算得各工况成果见表2。
随干滩长度的增大，尾矿坝出逸点距马道的斜距增大，抗滑稳定性提高。干滩长度增大200%，出渗点距马道的距离增大3.8%。通过增大干滩长度来增大坝体非饱和区域效果甚微，原因为赤泥渗透性相对坝体大。
干滩长度由50.0m增大至150.0m时，抗滑稳定安全系数由1.074增大至1.113，即干滩长度增大200%，抗滑稳定安全系数增大3.6%，通过增加干滩长度提高坝体抗滑稳定性效果差，坝体抗滑稳定安全系数较低的主要原因为坝体浸润线高。
（2） 辐射井影响
采用自编有限元程序（HZJ96.FOR）进行辐射井二维渗流预测，假定辐射井位置在坝轴线上游65m处，辐射井直径2.5m，导水管直径40cm，二维辐射井预测干滩长度为220.0m工况下辐射井内水深约6m，此时，坝顶以下24.0m左右为饱和非饱和分界面，对比三维渗流计算结果（坝顶以下4m～7m）其饱和非饱和分界面（浸润线）下降了约17.0m左右，布设辐射井可以较大幅度的降低坝体浸润线，使饱和区域大大减小，从而较大幅度的提高坝体抗滑稳定性。
依据二维辐射井渗流计算成果，采用有限元计算软件（GEO-studio）量化此工况尾矿坝抗滑稳定性，现状与打设辐射井后尾矿坝抗滑稳定性成果见表3。
相对无辐射井的尾矿坝抗滑稳定安全系数由1.10增大到1.85，抗滑稳定安全系数增大高达68%，抗滑稳定性满足规模要求，辐射井效果明显。
（3） 坝下游压重固脚影响
采用沿坝面坡度延伸至原始地面的方法模拟压重固脚效果。以干滩长度为100.0m的1-1和2-2断面模型为例，量化坡脚压重固脚对坝体抗滑稳定安全系数的影响程度，经渗流及抗滑稳定计算成果见表4。
断面1-1压重固脚使抗滑稳定安全系数提高3.6%，增大至1.14；断面2-2压重固腳使抗滑稳定安全系数提高11.1%，增大至1.2。压重前后对比可见，实施压重固角可增大坝体抗滑稳定性，但效果不显著；两断面计算成果比较可见，压重区越大抗滑稳定性提供幅度越大。但单独实施下游压重固脚，抗滑稳定性仍不满足要求。
6 结论
依据现场监测、三维渗流及稳定计算成果，提炼地下水分布的影响因素（干探长度和排水设施及渗控设置重点关注区域），通过各因素的敏感性分析，量化各因素的影响程度，从而得尾矿库渗控措施和加固方案，主要结论如下：（1）增大干滩长度可以降低浸润线和增大尾矿坝抗滑稳定性，但效果甚微；（2）打设辐射井可较大幅度减小坝体的饱和区域，增大坝体抗滑稳定安全系数，效果较为显著；（3）坝下游压重固脚，可以增尾矿坝体抗滑稳定性，但单独实施仍不满足规范要求。
为改善尾矿坝运行性状，首要任务为降低坝体浸润线，即尽快打设辐射井，其次为增大安全储备，建议坝下游进行压重固脚，以确保尾矿坝保护区内人民生命和财产安全。
参考文献：
[1] 《尾矿库安全技术规程》（AQ2006-2005），国家安全生产监督管理总局，2006年3月1日
[2] 钱家欢， 殷宗泽. 土工原理与计算[M]. 中国水利水电出版社， 北京： 1996， 5
[3] 《某尾矿坝体项目工程地质勘察报告》，平顶山市地质工程处，2013年2月