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上游式尾矿堆积坝浸润线计算探讨 前言 根据《选矿厂尾矿设施设计规范》（ZBJ1-90）(下简称《尾矿规范》)规定，尾矿坝设计必须进行渗流计算。渗流计算的目的是提供各种工况的浸润线、逸出渗透坡降和渗透流量，以供分析坝坡静力（动力）抗滑稳定性和渗透稳定性，确定排渗设施的结构断面。 对渗流计算的方法，《尾矿规范》提出：1、2级山谷型尾矿坝应按三维计算或由模拟试验确定；3级以下尾矿坝应按附录三进行；渗流计算中要考虑尾矿滩面放矿水流的影响。 首先应指出，尾矿堆积类型除上游式外还有中线法和下游式（包括一次筑坝法），规范提出的浸润线计算方法仅针对上游式是因为上游式尾矿库占我国尾矿库总数的绝大多数，本应是规范的重点，同时中线式尾矿库因下游坝体是旋流分级的粗尾砂，颗粒较均匀，渗透系数大，坝基设置可靠的排渗层，浸润线基本上在排渗层内。而下游式或一次筑坝的尾矿库，尾矿不堆坝，堆存尾矿的浸润线对基本坝体的安全已不重要。 其次，尾矿库的类型除山谷型外，还有傍山型和平地型，它们与山谷型的区别就是堆积坝体浸润线面的前沿宽度与下游逸出宽度基本一致，不存在山谷型尾矿库平面上渗流集中的三维问题。 《尾矿规范》通过化引滩长和化引库水位仅解决滩面放矿水流的问题。既然着重提出山谷型尾矿库就必然有三维计算问题，关于三维计算是否必须进行，未要求论证。 第三，上游式尾矿库以中、低浓度放矿时，滩面（包括水下）尾矿沿程自然分级，按平均粒经大小，渐变形成尾中砂、尾细砂、尾粉砂、尾粉土、尾粉质粘土和尾粘土。因其物理力学指标有明显变化，可以进行概化分区。上游式尾矿库尾矿排放按规定在堆积坝轴线长度上定间距轮流进行均匀放矿，实践早已证明，均匀是相对的，即使在放矿口间距范围相对于放矿口仍是集中放矿，矿浆进入滩面，迅速成为毫米级厚度薄层流体，由于放矿顺序、放矿时间、每次堆积高度、滩面水流的游弋，都有一定的随意性，尾矿各土层必然会普遍形成毫米级年轮状夹层和局部较厚层的粗、细透镜体。各工程勘察结果表明，各尾矿土层水平渗透系数Kv和垂直渗透系数Kh之比一般在2～10之间，尾矿自然分级各类土层中，较粗粒尾砂和较细粒尾砂其比值较小，在2～6之间，而中粒尾砂其比值在5～10之间。尾矿库堆积坝体普遍存在的各向异性和难以预料的透镜体存在是不同于常规碾压土石坝的明显特点，大大增加了浸润线计算的复杂性。《尾矿规范》推荐采用二维均质渗流计算方法，存在商榷之处。 二维均质渗流浸润线计算方法 现以简单案例说明《尾矿规范》推荐的二维均质浸润线计算方法。 设某库初期坝为透水堆石坝，坝顶标高30.0m，坝高30.0m，上游坝坡1：1.8，尾矿堆积坝坝坡1：5.0，最终堆积坝顶标高100.0m，干滩长度400m，平均沉积滩坡度1％，正常库水位96.0m，为尽早形成沉积滩，1#进水口标高14.0m，故认定初期坝上游15.0m以上排渗层可以长期有效排渗（顺便说明，目前国内不少透水堆石坝，因没有控制初期坝的渗水，大量细颗粒渗出污染环境达0.5～3个月，淤堵反滤层，导致尾矿堆高后，透水堆石坝失去滤水功能，初期坝顶出现沼泽化）。具体尾矿堆积坝结构如图1： 图1.尾矿堆积坝结构图 根据《尾矿规范》附录三的方法，放矿水按覆盖绝大部分滩面考虑，计算公式和结果如下： 化引滩长： 化引库水位： 计算水头： 渗透长度： 坝体单宽流量： 浸润线方程： 浸润线截距： 逸出高度： 下游坝坡浸润线埋深计算表 表1- x(m) 0 50 100 150 200 250 300 323 y(m) 9.23 31.75 43.95 53.42 61.46 68.56 74.99 77.76 浸润线标高（m） 24.23 46.75 58.95 68.42 76.46 83.56 89.99 92.77 坝坡标高（m） 35.4 45.4 55.4 65.4 75.4 85.4 95.4 100.0 浸润线埋深（m） 11.17 -1.35 -3.55 -3.02 -1.06 1.84 5.41 7.23 注：当堆积坝坡变化后，下游坝坡浸润线埋深会发生变化。 坝体单宽流量： 《尾矿规范》要求从下游坡浸润线上的端点（x=323.0m，y=92.77m）至计算库水位水边线（x=723.0m，y=96.0m），用对数曲线连接成光滑曲线。 对数曲线： 当x=1.0m，y=0.0m， 当x=401.0m，y=96.0-92.77=3.23m， 故 图2.滩面段浸润线计算示意图 故 列表计算 表2- x(m) 1.0 51 101 151 201 251 301 351 401 LogX 0 1.708 2.004 2.179 2.303 2.400 2.479 2.545 2.603 y(m) 0 2.119 2.486 2.703 2.857 2.978 3.0