探讨下水湾尾矿库工程地质勘察

　　摘要：对下水湾尾矿库进行了岩土工程 勘察,查明了该场地的工程地质和水文地质特征,为该工程的设计和施工提供了地质资料，并从工作中总结出了自己的观点，与同行进行探讨。
　　关键词：地质条件；浸润线；地震效应；勘察
　　1．前言
　　下水湾尾矿库位于湖南省花垣县团结镇长兴村，距花垣县城约12Km。该尾矿库于2005年投入使用，已建初期坝位于下游沟口，坝型为浆砌石坝，勘察期间顶面标高约367.50m，坝高约34.00m（目前仍正在加高）。坝轴线长137.0m，坝顶宽度约11.0m，上游边坡为1：0.1，下游边坡为1：0.37。
　　2．区域地质概况
　　场地位于云贵高原之东缘，武陵山脉中段的东南麓。受区域构造影响，库区北西侧和东侧发育两条断层。
　　2.1F85断层，分布于库区北西侧，为花垣—茶洞区域性大断裂，延伸长度达数公里，从初期坝右坝肩上游约22m处斜穿库区，断层走向北东60°，倾向南东，倾角40°～80°，为逆断层，断层破碎带宽5～10m，沿断层岩石挤压柔皱强烈，无明显溶蚀现象。
　　2.2F3断层，分布于库区东侧，为区域性大断层，断层走向北东45°，倾向北西，倾角75°，为正断层，断层破碎带宽30m，在寒武系清虚洞组灰岩层中沿断层带有落水洞、洼地等岩溶形态发育，该断层为导水断层。
　　3．库区工程地质条件
　　3.1场地位置、地形地貌
　　下水湾尾矿库位于湖南省花垣县团结镇长兴村。属低中山区，山势一般较陡峻，沟谷发育，地形起伏较大。地形南高北抵，东高西低，沟谷近东西向展布延伸，沟水由东向西流。库尾及南岸多发育冲沟。谷坡较陡，一般30°～50°，局部达80°。
　　3.2尾矿库现状、尾矿沉积规律及全尾矿
　　3.2.1尾矿库现状
　　初期坝现状
　　根据向矿方调查结果，该尾矿库于2005年投入使用，初期坝为浆砌石坝，勘察期间顶面标高约367.50m，坝高约34.00m（目前仍正在加高）。坝体采用块石砌置而成，基底为灰岩，两侧嵌入灰岩层中。在坝体底部靠近东岸山体中有一排水涵洞，大小约为1.8×1.8m2。坝面基本平整，坝体构筑情况良好，未见明显变形，坝体基本稳定。
　　据向矿方调查，该初期坝底部约334标高处有一直径500mm的排水管，出口位于坝前水池水面下，矿方原拟将其封堵，但未能完全堵死，该排水管尚能排出少量水。
　　3.2.2尾矿沉积规律
　　尾矿由选厂用管道输送至尾矿库内，然后由排放管口排出，其沉积过程主要影响因素有以下几个方面：
　　1）粒度：尾矿颗粒的大小是控制沉积的主要因素，粗颗粒沉积较快，一般距排放管口愈近颗粒愈粗，反之，愈远愈细。据相关全尾矿粒度资料反映，尾矿粒度主要变化在0.2~<0.02mm之间，说明了尾矿砂与尾矿土的粒径变化使尾矿在沉积过程中，仍有随粒径变化而水平方向具分选性的特点。
　　2）尾矿流速：尾矿浆流速越大，越不易沉积，且颗粒携带越远。据现场调查，尾砂流速变化小，有利于尾矿沉积。
　　3）矿浆浓度：浓度愈大，流速相应减小，沉积速度较快，且分选性也差。
　　4）干滩长度：干滩长度对尾矿土沉积产生较大的影响，干滩短，尾矿土易在较短的距离内沉积；干滩愈长，尾矿随尾砂浆流动，利于水平方向上的沉积。
　　5）放矿方法：尾矿浆自排放口处总是趋向于以辐射型向四周扩散，呈漫流或蛇曲状流向库内。由于放矿口高于地表0.5～1.0m不等，使尾矿流速加剧，对水平方向尾矿土沉积影响较大，当排放口交错移动时，尾矿常呈交错、重叠沉积的现象。
　　鉴于上述尾矿沉积的一般规律，本尾矿库内尾矿沉积具有以下特点：
　　1） 总体上从上至下由粗到细，由尾粉砂→尾粉土→尾粉质粘土→尾粘土组成。
　　2） 从排放口沉积处到尾矿库内总体上由粗到细，由尾粉细砂→尾粉土→尾粉质粘土组成。
　　3） 由于本库内多家矿山排矿，排放点多，矿浆浓度、流速各异，造成在尾砂层中存在薄层（一般厚度0.5～25cm）尾粉质粘土及尾粉土透镜体，同时在尾粉质粘土、尾粉土层中亦存在尾粉砂等透镜体。
　　3.2.3全尾砂
　　本次勘察在选厂及尾矿库放矿口用桶共采取3件全尾砂样，静置沉积24小时后，进行全尾矿颗粒分析。
　　3.3尾矿及坝址地基土岩性特征
　　3.3.1人工填土及尾矿岩性特征
　　3.3.1.1人工填土（Qml）①：属素填土，灰褐、灰褐色。主要由碎石组成，含少量粘性土，局部粘性土含量超过50％或夹大块石。碎石成分主要为页岩，粒径大小不等，一般粒径2～18cm，呈棱角、次棱角状，稍湿，松散～稍密状态，局部中密状态。主要分布于库区内3个副坝、库内3个土堤及库岸公路岸坡。钻孔1、2、9、10、12、14号遇见该层，层厚1.80～20.9m。
　　3.3.1.2尾粉砂（Qml）②：灰褐色，主要矿物成份为石英等，呈稍湿～饱和，松散～稍密状态，夹有5～20mm薄层尾粉土或尾粉质粘土透镜体。分布于尾矿库的表层及副坝坝底，钻孔1、3、8、9、12～14号遇见该层，层厚2.30～9.30m。
　　3.3.1.3尾粉土（Qml）③：灰褐色，无光泽反应，摇振反应迅速，干强度及韧性低，局部夹有2～20mm薄层尾粉质粘土或尾粉砂透镜体。呈很湿～饱和，松散～稍密状态。分布于库内大部分地段，钻孔1、3～9、11～13号遇见该层，层厚0.80～8.60m。
　　3.3.1.4尾粉质粘土（Qml）④：灰、灰褐色，切口稍光滑，无摇振反应，干强度、韧性中等，呈很湿～饱和，流塑～软塑状态。分布于尾矿库内大部分
　　地段，钻孔1、3～7、11～13号遇见该层，层厚1.10～8.50m。
　　3.3.1.5尾粘土（Qml）⑤-1：灰褐色、灰色，切口光滑，光泽反应光滑，摇震无反应，干强度及韧性中等，饱和，流塑状态。主要分布于库区初期坝前有尾矿水的地段。钻孔13号遇见该层，层厚5.20m。
　　3.3.1.6尾粘土（Qml）⑤：灰褐色、灰色，切口光滑，光泽反应光滑，摇震无反应，干强度及韧性中等，饱和，流塑～软塑状态。主要分布于库区东侧及有尾矿水的地段。钻孔3～7、11～13号遇见该层，层厚3.70～15.50m。
　　3.5水文地质条件[!--empirenews.page--]
　　3.5.1地下水
　　库区内地下水主要为基岩裂隙潜水，局部少量上层滞水赋存于第四系坡积地层中，潜水赋存于基岩节理裂隙中，受大气降水补给，其水量随季节变化而变化。
　　为了解地下水对砼的腐蚀性，本次勘察在探井5号采取了1件水试料进行水质分析，其结果按《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）中有关标准判定：场地环境类型为Ⅱ类，该地下水水质对砼结构及钢筋砼结构中钢筋无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。
　　3.5.2尾矿水
　　本次勘察在库内采取了1件尾矿水试料进行水质分析，其结果按《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）中有关标准综合判定：场地环境类型为Ⅱ类，尾矿库内尾矿水水质对砼结构及钢筋砼结构中钢筋无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。
　　3.5.3地表水
　　本次勘察在库尾冲沟采取了1件地表水试料进行水质分析，其结果按《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）中有关标准综合判定：场地环境类型为Ⅱ类，场地地表水水质对砼结构及钢筋砼结构中钢筋无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。
　　4、浸润线与渗透性
　　勘察时大部分钻孔位于尾矿水中，只测得钻孔3号的水位为6.83m，相当于标高361.67m。为便于分析，现将试验求得的各尾矿土渗透系数统计列于表1：
　　渗透系数K20℃统计表
　　表1
　　指标
　　地层 渗透系数K20℃(cm/sec)
　　 统计频数
　　n 范围值 平均值
　　μ
　　尾粉砂② 2 4.35×10-4～5.42×10-4 4.44×10-4
　　尾粉土③ 2 5.95×10-5～8.52×10-5 7.24×10-5
　　尾粉质粘土④ 2 4.25×10-6～5.73×10-6 4.99×10-6
　　尾粘土⑤ 2 1.07×10-6～2.35×10-6 1.71×10-6
　　尾矿土渗透系数有由尾粉砂→尾粉土→尾粉质粘土逐渐减小的趋势，同时，由于放矿的不规则，造成本场地粉砂、尾粉土等多夹有尾粘土薄层，其渗透性较一般尾矿土稍低。
　　5地震效应
　　根据《水工建筑物抗震设计规范》（DL5073-2000）及《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）有关规定，拟建场地抗震设防烈度为Ⅵ度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组；有关场地剪切波速参考值为：人工填土①100m/s，尾粉砂②为90m/s，尾粉土③为70m/s，尾粉质粘土④为60m/s，尾粘土⑤为50m/s，植物层⑥为100m/s，粉质粘土⑦为180m/s，粉质粘土⑧为250m/s，强风化页岩⑩为400m/s，中风化页岩○11及灰岩○12均大于500m/s；按钻孔5、8、11计算场地等效剪切波速值约为69m/s，场地土为软弱土，场地类别为Ⅲ类，特征周期值为0.35s，属抗震不利地段。
　　6．结论与建议
　　①库区内存在断层F85、F3为区域断裂构造，属非活动性断层。本次勘察未发现影响场地稳定性的不良地质作用，场地是稳定的，适宜构筑拟建项目。
　　②根据《水工建筑物抗震设计规范》（DL5073-2000）及《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）有关规定，拟建场地抗震设防烈度为Ⅵ度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组；场地土为软弱土，场地类别为Ⅲ类，特征周期值为0.35s，属抗震不利地段。
　　③根据本次勘察调查结果，初期坝坝基持力层为灰岩，目前坝址基本稳定。库尾三个副坝及填筑质量为稍密状态，局部中密状态，坝基均未清基，直接座落于尾矿土或第四系冲洪积层上，考虑到尾矿库加高扩容的需要，宜对三个副坝、初期坝前填土区及初期坝进行稳定性验算，对坝基进行加固处理。
　　④由于后期堆积坝坝基位于库内，基底为流塑状态尾粘土、尾粉质粘土、松散尾粉土等，建议尾矿库加高扩容设计、施工时加强排渗固结措施，以利坝体的稳定和安全。
　　⑤建议对排水隧洞局部进行加固处理，处理措施请按表6之建议采用。并对排水隧洞及排水斜槽进行清淤处理。

《探讨下水湾尾矿库工程地质勘察》

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