【文章內(nèi)容簡介】 水力坡降，稱為滲透坡降，以IS表示。滲透坡降越大，對土粒的壓力就越大。使土體開始產(chǎn)生不允許的流土、管涌等變形的滲透坡降稱為臨界坡降，以IL表示。尾礦壩滲流分析的任務(wù)之一是確定浸潤線的位置，從而判斷浸潤線在壩體下游坡面逸出部位的滲透坡降是否超過臨界坡降。滲透穩(wěn)定的安全系數(shù)K由下式表示：K=IL/IS 13現(xiàn)行尾礦設(shè)計(jì)規(guī)范中對K值尚無具體規(guī)定，一般可根據(jù)壩的級別將K值限制在2~。由于尾礦壩是一個(gè)特別復(fù)雜的非均質(zhì)體，目前尾礦壩滲流研究成果還難以準(zhǔn)確確定浸潤線的位置。因此，設(shè)計(jì)為安全計(jì)，對級別較高的尾礦壩結(jié)合抗滑穩(wěn)定的需要，大多采取措施使浸潤線不致在坡面逸出；對級別較低的尾礦壩可在逸出部位采取貼坡反濾加以保護(hù)。3. 液化穩(wěn)定分析所謂液化就是飽和砂土在振動作用下抗剪強(qiáng)度驟然下降為零而成為粘滯液體的現(xiàn)象。尾礦壩在大地震時(shí)可能發(fā)生液化，如果這種液化發(fā)生在壩體下游坡部位，則會引起邊坡坍塌，危害甚大。即使不坍塌，其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)也大大降低。尾礦壩的抗震計(jì)算（即液化穩(wěn)定分析）包括地震液化分析和穩(wěn)定分析。我國現(xiàn)行《構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：地震設(shè)防烈度為6度地區(qū)的尾礦壩可不進(jìn)行抗震計(jì)算，但應(yīng)滿足抗震構(gòu)造和工程措施要求，具體構(gòu)造和要求見規(guī)范；6度和7度時(shí)，可采用上游式筑壩，經(jīng)論證可行時(shí)，也可采用上游式筑壩工藝；8度和9度時(shí)，宜采用中線式或下游式筑壩工藝。三級及以下尾礦壩的液化分析可采用一維簡化動力法計(jì)算；一級和二級尾礦壩，應(yīng)采用二維時(shí)程法進(jìn)行計(jì)算分析。尾礦壩的穩(wěn)定分析可按圓弧滑動面的規(guī)定計(jì)算。尾礦壩的地震穩(wěn)定性最小安全系數(shù)值應(yīng)符合表14的規(guī)定。表14 地震穩(wěn)定性最小安全系數(shù)值效應(yīng)組合壩的等級二級三級四、五級組合I組合II注：組合I：自重作用效應(yīng)、正常水位的滲透壓力、地震作用效應(yīng)和地震動引起的孔隙水壓力；組合II：自重作用效應(yīng)、設(shè)計(jì)洪水位的滲透壓力、地震作用效應(yīng)和地震動引起的孔隙水壓力。三、尾礦庫排洪系統(tǒng)（一）排洪系統(tǒng)布置的原則尾礦庫設(shè)置排洪系統(tǒng)的作用有二：一是為了及時(shí)排除庫內(nèi)暴雨；二是兼作回收庫內(nèi)尾礦澄清水用。對于一次建壩的尾礦庫，可在壩頂一端的山坡上開挖溢洪道排洪。其形式與水庫的溢洪道相類似。對于非一次建壩的尾礦庫，排洪系統(tǒng)應(yīng)靠尾礦庫一側(cè)山坡進(jìn)行布置。選線應(yīng)力求短直；地基的工程地質(zhì)條件應(yīng)盡量均勻，最好無斷層、破碎帶、滑坡帶及軟弱巖層。尾礦庫排洪系統(tǒng)布置的關(guān)鍵是進(jìn)水構(gòu)筑物的位置。我們知到：壩上排礦口的位置在使用過程中是不斷改變的，進(jìn)水構(gòu)筑物與排礦口之間的距離應(yīng)始終能滿足安全排洪和尾礦水得以澄清的要求。也就是說，這個(gè)距離一般應(yīng)不小于尾礦水最小澄清距離、調(diào)洪所需灘長和設(shè)計(jì)最小安全灘長（或最小安全超高所對應(yīng)的灘長）三者之和。當(dāng)采用排水井作為進(jìn)水構(gòu)筑物時(shí)，為了適應(yīng)排礦口位置的不斷改變，往往需建多個(gè)井接替使用，相鄰二井井筒有一定高度的重疊（～）。進(jìn)水構(gòu)筑物以下可采用排水涵管或排水隧洞的結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行排水。當(dāng)采用排水斜槽方案排洪時(shí)，為了適應(yīng)排礦口位置的不斷改變，需根據(jù)地形條件和排洪量大小確定斜槽的斷面和敷設(shè)坡度。有時(shí)為了避免全部洪水流經(jīng)尾礦庫增大排水系統(tǒng)的規(guī)模，當(dāng)尾礦庫淹沒范圍以上具備較緩山坡地形時(shí)，可沿庫周邊開挖截洪溝或在庫后部的山谷狹窄處設(shè)攔洪壩和溢洪道分流，以減小庫區(qū)淹沒范圍內(nèi)的排洪系統(tǒng)的規(guī)模。排洪系統(tǒng)出水口以下用明渠與下游水系連通。（二）排洪計(jì)算步驟簡介洪水計(jì)算的目的在于根據(jù)選定的排洪系統(tǒng)和布置，計(jì)算出不同庫水位時(shí)的泄洪流量，以確定排洪構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)尺寸。當(dāng)尾礦庫的調(diào)洪庫容足夠大，可以容納得下一場暴雨的洪水總量時(shí)，問題就比較簡單，先將洪水匯積后再慢慢排出，排水構(gòu)筑物可做得較小，工程投資費(fèi)用最低；當(dāng)尾礦庫沒有足夠的調(diào)洪庫容時(shí)，問題就比較復(fù)雜。排水構(gòu)筑物要做得較大，工程投資費(fèi)用較高。一般情況下尾礦庫都有一定的調(diào)洪庫容，但不足以容納全部洪水，在設(shè)計(jì)排水構(gòu)筑物時(shí)要充分考慮利用這部分調(diào)洪庫容來進(jìn)行排洪計(jì)算，以便減小排水構(gòu)筑物的尺寸，節(jié)省工程投資費(fèi)用。排洪計(jì)算的步驟一般如下：（1）確定防洪標(biāo)準(zhǔn)。我國現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定尾礦庫的防洪標(biāo)準(zhǔn)按表15確定。當(dāng)確定尾礦庫等別的庫容或壩高偏于下限，或尾礦庫使用年限較短，或失事后危害較輕者，宜取重現(xiàn)期的下限；反之，宜取上限。（2）洪水計(jì)算及調(diào)洪演算。確定防洪標(biāo)準(zhǔn)后，可從當(dāng)?shù)厮氖謨圆榈糜嘘P(guān)降雨量等水文參數(shù)，先求出尾礦庫不同高程匯水面積的洪峰流量和洪水總量，這叫洪水計(jì)算。再根據(jù)尾礦沉積灘的坡度求出不同高程的調(diào)洪庫容，這叫調(diào)洪演算。表1－5 尾礦庫防洪標(biāo)準(zhǔn)尾礦庫等別一二三四五洪水重現(xiàn)期(a）初期100～20050～10030～5020～30中后期1000～2000500～1000200～500100～20050～100注：初期指尾礦庫啟用后的頭3~5年。（3）排洪計(jì)算。根據(jù)洪水計(jì)算及調(diào)洪演算的結(jié)果，再進(jìn)行庫內(nèi)水量平衡計(jì)算，就可求出經(jīng)過調(diào)洪以后的洪峰流量。該流量即為尾礦庫所需排洪流量。最后，設(shè)計(jì)者以尾礦庫所需排洪流量作為依據(jù)，進(jìn)行排洪構(gòu)筑物的水力計(jì)算，以確定構(gòu)筑物的凈空斷面尺寸。（三）排洪構(gòu)筑物的類型及其特點(diǎn)尾礦庫庫內(nèi)排洪構(gòu)筑物通常由進(jìn)水構(gòu)筑物和輸水構(gòu)筑物兩部分組成。尾礦壩下游坡面的洪水用排水溝排除。排洪構(gòu)筑物型式的選擇，應(yīng)根據(jù)尾礦庫排水量的大小、尾礦庫地形、地質(zhì)條件、使用要求以及施工條件等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。1. 進(jìn)水構(gòu)筑物進(jìn)水構(gòu)筑物的基本型式有排水井、排水斜槽、溢洪道以及山坡截洪溝等。排水井是最常用的進(jìn)水構(gòu)筑物。有窗口式、框架式、井圈疊裝式和砌塊式等型式，見圖1－15。圖1－15 進(jìn)水構(gòu)筑物a窗口式；b框架式；c砌塊式；d疊圈式窗口式排水井整體性好，堵孔簡單。但進(jìn)水量小，未能充分發(fā)揮井筒的作用。早期應(yīng)用較多?？蚣苁脚潘涩F(xiàn)澆梁柱構(gòu)成框架，用預(yù)制薄拱板逐層加高。結(jié)構(gòu)合理，進(jìn)水量大，操作也較簡便。從六十年代后期起，廣泛采用。井圈疊裝式和砌塊式等型式排水井分別用預(yù)制拱板和預(yù)制砌塊逐層加高。雖能充分發(fā)揮井筒的進(jìn)水作用，但加高操作要求位置準(zhǔn)確性較高，整體性差些，應(yīng)用不多。排水斜槽既是進(jìn)水構(gòu)筑物，又是輸水構(gòu)筑物。隨著庫水位的升高，進(jìn)水口的位置不斷向上移動。它沒有復(fù)雜的排水井，但畢竟進(jìn)水量小，一般在排洪量較小時(shí)經(jīng)常采用。洪道常用于一次性建庫的排洪進(jìn)水構(gòu)筑物。為了盡量減小進(jìn)水深度，往往作成寬淺式結(jié)構(gòu)。山坡截洪溝也是進(jìn)水構(gòu)筑物兼作輸水構(gòu)筑物。沿全部溝長均可進(jìn)水。在較陡山坡處的截洪溝易遭暴雨沖毀，管理維護(hù)工作量大。2. 輸水構(gòu)筑物尾礦庫輸水構(gòu)筑物的基本型式有排水管、隧洞、斜槽、山坡截洪溝等。排水管是最常用的輸水構(gòu)筑物。一般埋設(shè)在庫內(nèi)最底部，荷載較大，一般采用鋼筋混凝土管，如圖1－16所示。斜槽的蓋板采用鋼筋混凝土板，槽身有鋼筋混凝土和漿砌塊石兩種，如圖1－17所示。鋼筋混凝土管整體性好，承壓能力高，適用于堆壩較高的尾礦庫。但當(dāng)凈空尺寸較大時(shí)，造價(jià)偏高。漿砌塊石管是用漿砌塊石作為管底和側(cè)壁，用鋼筋混凝土板蓋頂而成。整體性差，承壓能力較低，適用于堆壩不高、排洪量不大的尾礦庫。圖1－16 鋼筋混凝土排水管圖1－17 斜槽蓋板隧洞需由專門鑿巖機(jī)械施工，故凈空尺寸較大。它的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，是大、中型尾礦庫常用的輸水構(gòu)筑物。因?yàn)楫?dāng)排洪量較大，且地質(zhì)條件較好時(shí)，隧洞方案往往比較經(jīng)濟(jì)。3. 壩坡排水溝壩坡排水溝有兩類：一類是沿山坡與壩坡結(jié)合部設(shè)置漿砌塊石截水溝，以防止山坡暴雨匯流沖刷壩肩。另一類是在壩體下游坡面設(shè)置縱橫排水溝，將壩面的雨水導(dǎo)流排出壩外，以免雨水滯留在壩面造成壩面拉溝，影響壩體的安全。四、尾礦庫設(shè)計(jì)的主要參數(shù)與安全要求1. 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料的主要參數(shù)（1）尾礦日產(chǎn)量、設(shè)計(jì)服務(wù)年限內(nèi)的尾礦總量；（2）尾礦顆粒分析及其加權(quán)平均粒徑；（3）尾礦漿的流量及其濃度；（4）尾礦沉積灘的坡度；（5）尾礦漿的最小澄清距離；（6）尾礦庫內(nèi)平均堆積干密度；（7）尾礦庫地區(qū)的地震設(shè)防烈度及氣象資料；（8）尾礦庫址工程水文地質(zhì)條件。以上各參數(shù)及資料是尾礦庫設(shè)計(jì)必不可少的。一般應(yīng)由企業(yè)提供，隨著今后生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，若上述參數(shù)有變化，須及時(shí)將新的參數(shù)提供給設(shè)計(jì)部門，以便對原設(shè)計(jì)做必要的修改。2. 設(shè)計(jì)成品的主要參數(shù)（1）總庫容及總壩高。（2）各運(yùn)行期尾礦庫的等別（設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定同一個(gè)尾礦庫在運(yùn)行期間，庫容由小