云南省礦山作業(yè)安全生產(chǎn)培訓(xùn)：尾礦壩安全與穩(wěn)定性分析
一、礦山安全員崗位責(zé)任制：
1、對所擔(dān)負(fù)監(jiān)察區(qū)的安全工作負(fù)責(zé)。
2、認(rèn)真執(zhí)行各項規(guī)章制度及安全法規(guī)，堅持原則、秉公辦事。
3、認(rèn)真學(xué)習(xí)業(yè)務(wù)知識，依據(jù)法規(guī)、法則檢查現(xiàn)場作業(yè)的安全生產(chǎn)情況，發(fā)現(xiàn)問題及時提出整改意見及處理意見。
4、對工作中查出的不安全隱患，不能立即整改的必須及時匯報有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，并做好記錄。
根據(jù)《中華人民共和國安全生產(chǎn)法》第23條規(guī)定：危險物品的生產(chǎn)、經(jīng)營、儲存單位以及礦山、金屬冶煉、建筑施工、道路運輸單位的安全生產(chǎn)管理人員，應(yīng)當(dāng)由主管的負(fù)有安全生產(chǎn)監(jiān)督管理職責(zé)的部門對其安全生產(chǎn)知識和管理能力培訓(xùn)，考核合格后發(fā)給安全管理資格證書。如建筑施工安全員要參加住建系統(tǒng)安全監(jiān)督管理部門舉辦的培訓(xùn)班取證；道路運輸單位安全員要參加交通運輸系統(tǒng)安監(jiān)部門組織的培訓(xùn)取證；危險品、礦山及其他單位安全員取證由政府安監(jiān)局負(fù)責(zé)。
報考咨詢：18206863120（微信同號）
二、金屬非金屬礦山（地下礦山）安全員管理人員報考條件：
1、年滿18周歲，且不超過國家法定退休年齡；
2、經(jīng)社區(qū)或者縣級以上醫(yī)療機(jī)構(gòu)體檢健康合格，并無妨礙從事相應(yīng)特種作業(yè)的器質(zhì)性心臟病、癲癇病、美尼爾氏癥、眩暈癥、癔病、震顫麻痹癥、精神病、癡呆癥以及其他疾病和生理缺陷；
3、具有初中及以上文化程度；
4、具備必要的安全技術(shù)知識與技能；
5、相應(yīng)特種作業(yè)規(guī)定的其他條件。
三、金屬非金屬礦山（地下礦山）安全員管理人員報名資料：
1、本人復(fù)印件（正反兩面）1份；
2、本人近期一寸白底照片1張；
3、初中或初中以上學(xué)歷證書復(fù)印件1份；
四、考試形式：
本人參考、單人單桌、只考理論機(jī)考，及格均分為80分
五、證書性質(zhì)：
金屬非金屬礦山（小型露天采石場）安全員管理員證，發(fā)證機(jī)關(guān)：應(yīng)急管理局（原來的安監(jiān)局）證書1年一審，3年一換。報名后由學(xué)校統(tǒng)一組織培訓(xùn)，考試，并且取得理論成績合格后，由發(fā)證機(jī)關(guān)制證后方可取得。
尾礦壩安全與穩(wěn)定性分析
一、滲透破壞
尾礦壩和壩基在滲流作用下出現(xiàn)破壞稱為滲透破壞，如尾礦壩下游坡面出現(xiàn)隆起、細(xì)尾礦被水帶走、出現(xiàn)集中滲流通道等。滲透破壞是尾礦壩發(fā)生事故的重要原因之一。
（一）滲透破壞的類型
尾礦壩滲透破壞類型主要有流土、管涌、接觸流土和接觸沖刷4種。
1.流土
在滲流的作用下，尾礦壩體或壩基表面的顆粒群同時起動而流失的現(xiàn)象稱為流土。這種破壞形式在黏性土和無黏性土中均可能發(fā)生，只要水力坡降達(dá)到一定的大小，都有可能發(fā)生流土破壞。黏性土發(fā)生流土破壞的外觀表現(xiàn)是土體隆起、鼓脹、浮動、斷裂等；無黏性土發(fā)生流土破壞的外觀表現(xiàn)是泉眼、砂沸、土體翻滾最終被滲透托起等。對于尾礦壩，流土破壞常發(fā)生在壩體下游滲流逸出處無保護(hù)的情況下。當(dāng)下游逸出處滲透坡降i值較大且大于臨界坡降i，時，就會在下游壩坡逸出處發(fā)生表面隆起、裂縫開展、尾礦涌出，甚至出現(xiàn)尾礦土塊被整體沖走的現(xiàn)象，這是比較典型的流土破壞。
2.管涌
在滲流的作用下，一定級配的無黏性土中的細(xì)顆粒通過大顆粒所形成的孔隙發(fā)生移動，最終在土中形成貫通的管道的現(xiàn)象稱為管涌。發(fā)生管涌破壞是一個隨時間逐步發(fā)展的過程。首先，在滲透水流作用下，較細(xì)的顆粒在粗顆粒形成的孔隙中移動流失隨后，土體的孔隙不斷擴(kuò)大，滲流速度不斷增加，較粗顆粒也會相繼被水流帶走隨著上述沖刷過程的不斷發(fā)展，會在土體中形成貫穿的滲流通道，造成土體塌陷或其他類型的破壞。
3.接觸流土
滲流垂直于兩種不同介質(zhì)的接觸面運動，并把一層土的顆粒帶人另一土層的現(xiàn)象稱為接觸流土。這種現(xiàn)象一般發(fā)生在顆粒粗細(xì)相差較大的兩種土層的接觸帶，如尾礦壩上游坡面反濾層的位置。
4.接觸沖刷
滲流沿著兩種不同介質(zhì)的接觸面流動并帶走細(xì)顆粒的現(xiàn)象稱為接觸沖刷。
對于黏性土，只有流土、接觸沖刷或接觸流土3種破壞形式，不會產(chǎn)生管涌破壞；對于尾礦等無黏性土，則4種破壞形式均可能發(fā)生。
（二）滲透破壞類型的判別
土體的滲透破壞與土體的顆粒組成和滲透力有關(guān)。
1.流土可能性的判別
在滲流逸出處，無論是黏性土還是無黏性土，只要滿足滲透坡降大于臨界水力坡降，均會發(fā)生流土現(xiàn)象。進(jìn)行流土發(fā)生的可能性判別時，首先需要采用流網(wǎng)或其他方法求出滲流逸出處的水力坡降和該處土體的臨界水力坡降i。，然后再按下列條件進(jìn)行判別∶
i<ic土體處于穩(wěn)定狀態(tài)
i=ic土體處于臨界狀態(tài)，將發(fā)生流土破壞；
i>ic，土體會發(fā)生流土破壞。
2.管涌可能性的判別
是否會發(fā)生管涌首先取決于土的性質(zhì)，一般黏性土不會發(fā)生管涌。對于無黏性土，土中粗顆粒所構(gòu)成的孔隙必須大于細(xì)顆粒的直徑，才有可能讓細(xì)顆粒在其中發(fā)生移動，這是產(chǎn)生管涌的必要條件。對于不均勻系數(shù)小于10的較均勻的土，顆粒粗細(xì)相差不多，粗顆粒形成的孔隙直徑不比細(xì)顆粒大，因此，細(xì)顆粒不能在孔隙中移動，所以不會發(fā)生管涌。
對于不均勻系數(shù)大于10的不均勻的土，是否發(fā)生管涌主要取決于土的級配情況和細(xì)粒含量。對于缺乏中間粒徑的級配不連續(xù)的土，是否發(fā)生管涌主要取決于細(xì)粒含量。當(dāng)細(xì)粒含量低于25%時，細(xì)粒料填不滿粗粒料形成的孔隙，滲透破壞基本上屬于管涌型；當(dāng)細(xì)粒料含量大于35%時，細(xì)粒料足以填滿粗粒料形成的孔隙，粗細(xì)料形成整體，不屬于管涌型。細(xì)粒料含量為25%~35%時，屬于過渡型。對于級配連續(xù)的不均勻土，可由土的孔隙平均直徑和最細(xì)部分的顆粒粒徑的關(guān)系來確定。
（三）滲流控制要求和控制措施
1.滲流控制要求
尾礦壩必須滿足滲流控制要求。尾礦壩設(shè)計和現(xiàn)狀安全評價都應(yīng)進(jìn)行滲流計算，一級及二級尾礦壩還應(yīng)根據(jù)地形條件做專門滲流模擬試驗。尾礦壩浸潤線的確定需要分析放礦、雨水和地震等因素對尾礦壩浸潤線的影響。
2.滲流控制措施
尾礦壩的滲流控制措施必須確保浸潤線低于控制浸潤線。降低浸潤線的措施應(yīng)結(jié)合壩的級別、壩體穩(wěn)定計算和抗震構(gòu)造等要求綜合分析確定，一般采取下列措施。
（1）尾礦庫建設(shè)階段，在尾礦堆積壩壩基范圍內(nèi)設(shè)置排滲褥墊（碎石或土工排水網(wǎng)墊）、排滲管（或盲溝）及排滲井等型式的水平和垂直排滲系統(tǒng)。
（2）尾礦壩運行中，隨壩體升高適時設(shè)置排滲管或盲溝、席墊、垂直塑料排水板或排滲井等型式的排滲系統(tǒng)；當(dāng)實測浸潤線高于控制浸潤線時，在壩坡或沉積灘上增設(shè)排滲管、輻射排滲井等排滲設(shè)施。
（3）降低庫內(nèi)水位。
二、邊坡穩(wěn)定性分析
（一）分析方法
尾礦壩邊坡穩(wěn)定性分析的方法主要有極限平衡法和有限元法。極限平衡法應(yīng)用較早，也是目前最常用的邊坡穩(wěn)定性分析方法有限元法是近幾年才發(fā)展起來的新方法。極限平衡法的步驟是先假定破壞沿壩體內(nèi)某一確定的滑動面滑動，根據(jù)滑動土體的靜力平衡條件和莫爾庫侖準(zhǔn)則可以計算沿該滑動面滑動的可能性，即安全系數(shù)的大小，然后系統(tǒng)地選取許多個可能的滑動面，用同樣的方法計算安全系數(shù)，安全系數(shù)最小的滑動面是最危險的滑動面。
1.瑞典條分法
早在1915年，瑞典人彼得森（PettersonKE）就用圓弧滑動法分析邊坡的穩(wěn)定性，這就是瑞典圓弧法。該方法將穩(wěn)定安全系數(shù)定義為抗滑力矩與滑動力矩的比值，受力分析如圖4-10所示。由于滑動面上各點的反力無法確定，對于摩擦角φ>0°的土，抗滑力矩?zé)o法計算得到。只有當(dāng)q=0°時，各點反力的方向垂直于滑動面，通過圓心不產(chǎn)生抗滑力矩，因此只有黏聚力產(chǎn)生的力矩。
式（4-2）為整體圓弧滑動法計算邊坡穩(wěn)定性的公式，它只適用于φ=0°的情況，即適用于飽和軟黏土不排水的條件下。
為了求解摩擦角φ>0°的情況，引人了條分法的思想。將滑動土體豎直分成若干土條，把各土體當(dāng)成鋼體，分別求作用于各土條上的力對圓心的滑動力矩和抗滑力矩，然后求土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)，如圖4-11所示。
瑞典條分法是忽略了條間力的一種簡化方法，受力分析如圖4-11所示。它滿足滑動土體的整體力矩平衡條件但不滿足土條的靜力條件，這是區(qū)別于其他條分法的主要特點。這種方法是最簡單、最古老的一種方法，應(yīng)用時間長，積累了豐富的工程經(jīng)驗，一般得到的安全系數(shù)偏小，誤差偏于安全，是目前工程上常用的方法。
2.簡化畢肖甫法
畢肖甫（BishopAN）于1955年提出了一個考慮土條側(cè)面力的條分法，稱為畢肖甫法。畢肖甫法不僅考慮了土條塊的重力、滑動面上的切向力和法向力，還考慮了條塊的側(cè)面法向力和切向力，滿足條塊的靜力平衡條件和整體力矩平衡條件。
3.強度折減法
強度折減法將土的抗剪強度除以折減系數(shù)Fr，直接用于有限元計算。如果計算的邊坡正好失穩(wěn)破壞，所用的折減系數(shù)就等于邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)。
式中，參數(shù)ψr和Cr，為折減后的強度指標(biāo)，將其用于有限元計算的本構(gòu)模型中，折減系數(shù)Fr從1.0逐漸增大，最后達(dá)到整體失穩(wěn)時的折減系數(shù)就等于安全系數(shù)，即Fr=Fs。
在強度折減法中，判斷邊坡破壞失穩(wěn)的依據(jù)主要有計算數(shù)值不收斂、塑性區(qū)發(fā)展貫通和特征部位位移突變等。
4.總應(yīng)力法和有效應(yīng)力法
在尾礦壩壩體中因滲流場的原因存在著孔隙水壓力，作用在滑動弧面AC上的孔隙水壓力垂直于作用面，即作用方向垂直于滑動弧面、指向圓心，如圖4-13所示。取土條i進(jìn)行受力分析，將土條重力Wi分解成法向力Wicosfθi和切向力Wisinθi。Wisinθi是滑動力，對圓心產(chǎn)生滑動力矩Msi。Wicosθi是土條作用于滑動面上的法向力，如果將其減去孔隙水壓力uili剩余部分（Wicosθi-uili）在滑動面上對土條產(chǎn)生摩擦阻力Tfi=（Wicosθi-uili）tanψ'，摩擦阻力對圓心產(chǎn)生抗滑力矩MRi，這種分析方法稱為有效應(yīng)力法。因為這時孔隙水壓力已被扣除，摩擦阻力完全由有效應(yīng)力計算，抗剪強度指標(biāo)采用有效強度指標(biāo)ψ'。
另一種分析方法是計算摩擦阻力時不扣除孔隙水壓力，摩擦阻力直接用式Tfi=Wicosθitanψ計算，ψi是總應(yīng)力指標(biāo)，這就是總應(yīng)力法�？倯�(yīng)力法依靠不同的試驗方法得出適當(dāng)?shù)膹姸戎笜?biāo)c、ψ值來代替土體中孔隙水壓力對強度的影響，這是總應(yīng)力法的實質(zhì)。用有限的試驗方法去模擬千變?nèi)f化的孔隙水壓力狀態(tài)，可能會產(chǎn)生較大的誤差，這是總應(yīng)力法的缺點。而有效應(yīng)力法概念清楚，結(jié)果可靠，如果孔隙水壓力能夠比較容易求出，首先選用有效應(yīng)力法。如果孔隙水壓力難以準(zhǔn)確計算，就采用總應(yīng)力法。這兩種方法在尾礦壩穩(wěn)定計算中應(yīng)用都比較多。正確使用有效應(yīng)力或總應(yīng)力法及選取合適的抗剪強度指標(biāo)，是尾礦壩穩(wěn)定性分析的關(guān)鍵問題。
尾礦庫在正常使用過程中，尾礦壩堆壩上升速度一般比較慢，庫內(nèi)水位變化較小，壩體中的超靜孔隙水壓力已基本消散，形成比較穩(wěn)定的滲流場，壩體內(nèi)各點的孔隙水壓力均能曲流網(wǎng)確定，原則上采用有效應(yīng)力法而不是總應(yīng)力法。
如果尾礦壩堆壩上升速度比較快，下層壩體來不及排水固結(jié)，存在超靜孔隙水壓力，荷載增加，而有效應(yīng)力和抗剪強度增加不多，容易造成壩體失穩(wěn)。這是影響尾礦壩穩(wěn)定非常不利的條件，所以堆壩上升速度是壩體穩(wěn)定的控制因素。對于這種情況，可采用總應(yīng)力法和有效應(yīng)力法�？倯�(yīng)力法不用計算孔隙水壓力變化和分布，比較簡單。
（二）穩(wěn)定計算要求
尾礦庫初期壩與堆積壩的抗滑穩(wěn)定性根據(jù)壩體材料及壩基的物理力學(xué)性質(zhì)經(jīng)計算確定。計算方法采用簡化畢肖普法或瑞典圓弧法，地震荷載按擬靜力法計算�？尚行匝芯侩A段，新建尾礦壩可不進(jìn)行壩體穩(wěn)定計算，擴(kuò)建或加高的尾礦壩應(yīng)進(jìn)行壩體穩(wěn)定計算。初步設(shè)計階段應(yīng)對壩體進(jìn)行穩(wěn)定計算。一等及二等尾礦庫在尾礦壩堆至1/3~1/2最終設(shè)計總壩高，三等及三等以下的尾礦庫在尾礦壩堆至1/2~2/3最終設(shè)計總壩高時，應(yīng)對壩體進(jìn)行全面的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘察對于尾礦性質(zhì)特殊，投產(chǎn)后選礦規(guī)�；蚬に嚵鞒贪l(fā)生重大改變，尾礦性質(zhì)或放礦方式與初步設(shè)計相差較大的情況，可不受堆高的限制，根據(jù)需要進(jìn)行全面勘察；根據(jù)勘察結(jié)果，由設(shè)計單位對尾礦壩做全面論證，以驗證最終壩體的穩(wěn)定性和確定后期的處理措施。
礦壩壩體材料及壩基土的抗剪強度指標(biāo)類別，根據(jù)強度計算方法與土的類別按表4-10取得。
新建尾礦庫尾礦壩的穩(wěn)定計算斷面根據(jù)顆粒粗細(xì)程度和尾礦的固結(jié)度進(jìn)行概化分區(qū)。各區(qū)尾礦的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)按類似尾礦壩的勘察資料或按《尾礦設(shè)施設(shè)計規(guī)范》（GB50863）確定。擴(kuò)建、改建及中期論證的尾礦庫尾礦壩穩(wěn)定計算斷面，根據(jù)勘察資料進(jìn)行概化分區(qū)。一級和二級尾礦壩的地震設(shè)計烈度按批準(zhǔn)的場地地震安全性評價結(jié)果確定。三級及三級以下的尾礦壩可采用現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306）中的地震基本烈度作為地震設(shè)計烈度，當(dāng)尾礦壩潰決產(chǎn)生嚴(yán)重次生災(zāi)害時，尾礦壩的地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)提高一檔。
（三）抗震要求
1.抗震計算要求
尾礦壩的抗震計算包括地震液化分析和地震穩(wěn)定性分析，一級、二級、三級尾礦壩還應(yīng)進(jìn)行地震永久變形分析。四級和五級尾礦壩，地震液化分析可采用簡化計算分析法，如剪應(yīng)力對比法一級、二級、三級尾礦壩，地震液化分析采用時程分析法。尾礦壩地震穩(wěn)定分析采用擬靜力法，按圓弧法進(jìn)行驗算；設(shè)計烈度為9度地區(qū)的各級尾礦壩和一級、二級、三級尾礦壩，抗震穩(wěn)定分析除采用擬靜力法外，還采用時程法進(jìn)行分析，綜合判斷壩體的地震安全性。采用時程法計算分析時應(yīng)符合下列要求。
（1）按材料的非線性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系計算地震前的初始剪應(yīng)力狀態(tài)。
（2）采用室內(nèi)動力試驗測定材料的動力變形特性和抗液化強度。
（3）采用等效線形或非線性時程分析法求解地震應(yīng)力和加速度反應(yīng)。
（4）根據(jù)地震作用效應(yīng)計算可能滑動面的抗滑穩(wěn)定性，并計算由地震引起的壩體永久變形。
（5）至少選取2~3條類似場地和地震地質(zhì)環(huán)境的實測地震加速度記錄和一條擬合人工地震加速度時程。
（6）人工地震加速度時程的目標(biāo)譜應(yīng)為場地的反應(yīng)譜。
（7）地震加速度時程的峰值應(yīng)為場地設(shè)計基本加速度值。
2.抗震構(gòu)造措施
地震區(qū)的尾礦壩應(yīng)滿足以下抗震構(gòu)造要求∶
①上游法筑壩的外坡坡度不大14°。
②尾礦壩的干灘長度不小于壩體高度，且不小于40m。
③一級、二級、三級尾礦壩下游坡面浸潤線埋深不小于6m，四級、五級尾礦壩不小于4m。
為提高尾礦壩的地震穩(wěn)定性，可采取下列抗震構(gòu)造措施∶
①控制尾礦壩的上升速度。
②放緩下游壩坡的坡度。
③在壩基、壩體內(nèi)部和下游壩坡設(shè)置排滲設(shè)施。
④在壩體下游坡面增設(shè)反壓體。⑤采取加密法加固下游壩坡和沉積灘。
