尾礦壩設(shè)計基礎(chǔ)知識

尾礦壩設(shè)計基礎(chǔ)知識

【條文】

5.3.1尾礦壩宜以濾水壩為初期壩，利用尾礦筑壩。

當(dāng)遇有下列條件之一時，可以采用當(dāng)?shù)赝潦匣驈U石建壩。

a）尾礦顆粒很細(xì)、粘粒含量大，不能筑壩；

b）由尾礦庫后部放礦合理；

c）尾礦庫與廢石場結(jié)合考慮，用廢石筑壩合理。

【釋義與知識】

初期壩之所以推薦采用透水壩的壩型（如透水堆石壩、

透水土壩等），是為了能盡快自行排除尾礦堆積壩內(nèi)的滲水,

以降低后期壩的浸潤線，增強(qiáng)壩體穩(wěn)定性。當(dāng)?shù)厝缛鄙儋|(zhì)量

較好的石料或土料，可就地取材，用風(fēng)化土石料堆筑初期壩。

當(dāng)遇有尾礦本身不具備筑壩條件或用礦山廢石筑壩更合理

情況，則可采用當(dāng)?shù)赝潦匣驈U石一次性或分期建設(shè)尾礦

壩。

【條文】

5.3.2初期壩高度的確定除滿足初期堆存尾礦、澄清

尾礦水、尾礦庫回水和冬季放礦要求外，還應(yīng)滿足初期調(diào)蓄

洪水要求。

【釋義與知識】

初期壩的高度一般應(yīng)能儲存選廠生產(chǎn)半年至一年的尾

礦量，同時還要滿足初期壩堆滿尾礦時調(diào)洪、安全灘長和澄

清距離的要求，對北方寒冷地區(qū)還應(yīng)滿足冬季放礦要求。

初期壩的壩頂寬度、壩坡、馬道、排水棱體和反濾層可

按下列要求確定：

L壩頂寬度為了滿足敷設(shè)尾礦輸送主管、放礦支管和向

尾礦庫內(nèi)排放尾礦操作的要求，初期壩壩頂應(yīng)具有一定的寬

度。一般情況下壩頂寬度不宜小于表3-1所列數(shù)值。當(dāng)壩

頂需要行車時，還應(yīng)按行車的要求確定。生產(chǎn)中應(yīng)確保壩頂

寬度不被侵占。

表3—1初期壩壩頂最小寬度

壩高/m壩頂最小寬度/m

<102.5

10—203.0

20-303.5

>304.0

壩的內(nèi)、外坡坡比的確定，應(yīng)通過壩坡穩(wěn)定性計算來確

定。土壩的下游坡面上應(yīng)種植草皮護(hù)坡，堆石壩的下游坡面

應(yīng)干砌大塊石護(hù)面。

3.馬道

當(dāng)壩的高度較高時，壩體下游坡每隔10?15nl高度設(shè)置

一寬度為1?2nl的馬道，以利壩體的穩(wěn)定，方便操作管理。

4.排水棱體

為排出土壩壩體內(nèi)的滲水和保護(hù)壩體外坡腳，在土壩外

坡腳處設(shè)置毛石堆成的排水棱體。排水棱體的高度為初期壩

壩高的1/5—1/3,頂寬為1.5~2.0m,邊坡坡比為1：1~

1：1.5o

5.反濾層

為防止?jié)B透水將尾礦或土等細(xì)顆粒物料通過堆石體帶

出壩外發(fā)生滲透變形，在土壩壩體與排水棱體接觸面處以及

堆石壩的上游坡面處或與非基巖的接觸面處都須設(shè)置反濾

層。

早期的反濾層采用天然砂、礫料或卵石等組成，由細(xì)到

粗順?biāo)鞣较蚍笤O(shè)。反濾層上再用毛石護(hù)面。因?qū)Ω鲗游锪?/p>

的級配、層厚和施工要求很嚴(yán)格，反濾層的施工質(zhì)量要求較

高。現(xiàn)在普遍采用土工布（又稱無紡?fù)凉た椢铮┳鞣礊V層。在

土工布的上下用粒徑符合要求的碎石作過濾層，并用毛石護(hù)

面。土工布作反濾層施工簡單，質(zhì)量易保證，使用效果好，

造價也不高。

【條文】

5.3.3壩基處理應(yīng)滿足滲流控制和靜力、動力穩(wěn)定要

求。遇有下列情況時，應(yīng)進(jìn)行專門研究處理：

a）透水性較大的厚層砂礫石地基；

b）易液化土、軟粘土和濕陷性黃土地基；

c）巖溶發(fā)育地基；

d）采空區(qū)地基。

【釋義與知識】

當(dāng)尾礦壩建于工程地質(zhì)條件不利地基時，為滿足壩體

靜、動力穩(wěn)定性和滲流穩(wěn)定性要求，應(yīng)進(jìn)行專門的研究處理。

【條文】

5.3.4尾礦筑壩的方式，對于抗震設(shè)防烈度為7度及7

度以下地區(qū)宜采用上游式筑壩，抗震設(shè)防烈度為8?9度地

區(qū)宜采用下游式或中線式筑壩。

【釋義與知識】

后期壩壩型主要由后期壩的高度、庫址的地形、尾礦粒

度組成和地震設(shè)防烈度等條件綜合分析確定。一般壩高大于

100m,山谷型尾礦庫且壩址狹長、尾礦顆粒較粗、地震設(shè)防

烈度為8度及8度以上的地區(qū)，宜采用下游式或中線式后期

壩；其他情況均可采用上游式后期壩。不論采用哪種壩型，

最終都必須通過壩體穩(wěn)定分析滿足安全要求，才能最后確

定。

由于上游式筑壩壩體中還夾雜有相當(dāng)數(shù)量的中細(xì)粒尾

砂，強(qiáng)度較低，穩(wěn)定性相對較差，實(shí)踐表明抗震設(shè)防烈度為

7度及7度以下地區(qū)采用它是完全可行的；下游式或中線式

筑壩的壩體是由分級出來的粗粒尾砂構(gòu)成，強(qiáng)度較高，穩(wěn)定

性相對較好，所以在高烈度地區(qū)推薦采用。當(dāng)堆積壩高度較

大，尾礦顆粒較粗，地形條件合適，在7度以下的地區(qū)也可

采用下游式或中線式筑壩。

【條文】

5.3.5上游式筑壩，中、粗尾礦可采用直接沖填筑壩

法，尾礦顆粒較細(xì)時宜采用分級沖填筑壩法。

【釋義與知識】

盡管上游式筑壩穩(wěn)定性相對較差，但它具有運(yùn)營費(fèi)

用較低，生產(chǎn)管理簡單的優(yōu)點(diǎn)，目前我國的大、中型后期壩

大多數(shù)采用上游式尾礦直接沖填筑壩。而且在上游式尾礦壩

的勘察、設(shè)計和生產(chǎn)管理方面的經(jīng)驗(yàn)和水平都處于世界領(lǐng)先

的地位。

對于上游式筑壩，當(dāng)尾礦顆粒較細(xì)時，可采用旋流器將

尾礦進(jìn)行分級，相對較粗的尾礦置于壩前區(qū)域，細(xì)尾礦排至

庫尾部，這種分級充填上游式筑壩已取得了成功經(jīng)驗(yàn)。

【條文】

5.3.6下游式或中線式尾礦筑壩分級后用于筑壩的尾

礦，其粗顆粒(d，0.074mm)含量不宜小于70%,否則應(yīng)進(jìn)行

筑壩試驗(yàn)。筑壩上升速度應(yīng)滿足庫內(nèi)沉積灘面上升速度和防

洪的要求。

【釋義與知識】

下游式或中線式尾礦筑壩堆筑壩用粗尾砂要求較嚴(yán)，國

外要求粗尾砂含量不少于80%—85%,主要目的在于能以

抗剪切強(qiáng)度和滲透性較高的材料筑壩。

下游式或中線式尾礦筑壩還要求壩址地形較窄，否則，

筑壩上升速度滿足不了庫內(nèi)沉積灘面上升速度，也是無法筑

壩的。我國德興銅礦原設(shè)計的下游式筑壩，雖然具備一定的

地形條件，但仍因筑壩上升速度滿足不了庫內(nèi)沉積灘面上升

速度而改用中線法?？梢?，下游式或中線式尾礦筑壩雖然具

有較好的穩(wěn)定性，但也是有其嚴(yán)格適用條件的。在設(shè)計上，

尤其應(yīng)對筑壩用粗尾砂數(shù)量和堆壩上升速度，進(jìn)行詳細(xì)的平

衡計算，并且應(yīng)充分考慮各種不利因素的影響。

【條文】

5.3.7下游式或中線式尾礦壩應(yīng)設(shè)上游初期壩和下游

濾水壩趾，二者之間的壩基應(yīng)設(shè)置排滲設(shè)施。

【釋義與知識】

下游式或中線式尾礦壩是采用分級粗尾砂進(jìn)行堆筑的，

為增強(qiáng)尾礦壩滲透性和穩(wěn)定性，當(dāng)壩基不具有滿足排滲要求

的天然排滲層時，應(yīng)于堆積壩底設(shè)置可靠的排滲設(shè)施。

【條文】

5.3.8尾礦庫擋水壩應(yīng)按水庫壩的要求設(shè)計。

【釋義與知識】

尾礦庫的擋水壩一般常采用土石壩和重力壩，其功能和

工作條件基本上與水廢擋水壩相同，故應(yīng)按水庫壩的要求進(jìn)

行設(shè)計。

【條文】

5.3.9上游式尾礦壩沉積灘頂至設(shè)計洪水位的高差不

得小于表3的最小安全超高值，同時，灘頂至設(shè)計洪水位水

邊線距離不得小于表3的最小灘長值。

5.3.10下游式和中線式尾礦壩壩頂外緣至設(shè)計洪水

位水邊線的距離不宜小于表4的最小灘長值。

表3上游式尾礦壩的最小安全超高與最小灘長

當(dāng)壩體采取防滲斜（心）墻時，壩頂至設(shè)計洪水位的高差

亦不得小于表3的最小安全超高值。

表4下游式與中線式尾礦壩的最小灘長

5.3.11尾礦庫擋水壩在設(shè)計洪水位時安全超高不得

小于表3的最小安全超高值、最大風(fēng)壅水面高度和最大風(fēng)浪

爬高三者之和。最大風(fēng)壅水面高度和最大風(fēng)浪爬高可按《碾

壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》推薦的方法計算。

5.3.12地震區(qū)尾礦壩應(yīng)符合下列規(guī)定：

上游式尾礦壩沉積灘頂至正常高水位的高差不得小于

表3最小安全超高值與地震壅浪高度之和，灘頂至正常高水

位水邊線的距離不得小于表3的最小灘長值與地震壅浪高度

對應(yīng)灘長之和。

下游式與中線式尾礦壩壩頂外邊緣至正常高水位水邊

線的距離不宜小于表4的最小灘長值與地震壅浪高度對應(yīng)灘

長之和。

尾礦庫擋水壩壩頂至正常高水位的高差不得小于表3最

小安全超高值與地震壅浪高度之和。

地震壅浪高度可根據(jù)抗震設(shè)防烈度和水深確定，可采用

0.5—1.5mo

對于全部采用當(dāng)?shù)赝潦匣驈U石堆筑的尾礦壩，其安全

超高按尾礦庫擋水壩要求確定。

【釋義與知識】

本條款是對不同壩型不同工況下在設(shè)計上對最小安全

超高和最小干灘長度的要求，設(shè)計上應(yīng)根據(jù)調(diào)洪演算和穩(wěn)定

計算確定其具體要求（一般不應(yīng)小于規(guī)定值），作為生產(chǎn)上控

制依據(jù)。

【條文】

5.3.13尾礦壩設(shè)計應(yīng)進(jìn)行滲流計算，以確定壩體浸潤

線、逸出坡降和滲流量。浸潤線出逸的尾礦堆積壩壩坡，應(yīng)

設(shè)排滲設(shè)施，I、2級尾礦壩還應(yīng)進(jìn)行滲流穩(wěn)定研究。

5.3.14上游式尾礦壩的滲流計算應(yīng)考慮尾礦筑壩放

礦水的影響。I、2級山谷型尾礦壩的滲流應(yīng)按三維計算或由

模擬試驗(yàn)確定；3級以下尾礦壩的滲流計算可按附錄A進(jìn)行。

5.3.15上游式尾礦堆積壩的初期透水堆石壩壩高與

總壩高之比值不宜小于1/8。

【釋義與知識】

滲流破壞是尾礦壩破壞的形式之一，故要求應(yīng)對尾礦壩

進(jìn)行滲流穩(wěn)定分析，同時滲流分析也是尾礦壩進(jìn)行靜、動力

穩(wěn)定分析的前提。

【條文】

5.3.16尾礦初期壩與堆積壩壩坡的抗滑穩(wěn)定性應(yīng)根

據(jù)壩體材料及壩基巖土的物理力學(xué)性質(zhì)，考慮各種荷載組

合，經(jīng)計算確定。計算方法宜采用瑞典圓弧法；當(dāng)壩基或壩

體內(nèi)存在軟弱土層時，可采用改良圓弧法；考慮地震荷載時,

應(yīng)按《水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行計算?？?/p>

震設(shè)防烈度為6度及6度以下地區(qū)的5級尾礦壩，當(dāng)壩外坡

比小于1:4時，除原尾礦屬尾粘土和尾粉質(zhì)粘土以及軟弱壩

基外，可不作穩(wěn)定計算。

【釋義與知識】

初期壩與堆積壩壩坡的抗滑穩(wěn)定分析是研究尾礦壩（包

括初期壩和后期壩）的下游壩坡抵抗滑動破壞的能力的問

題。設(shè)計一般要通過計算給出定量的評價。圖3—1尾礦壩

抗滑穩(wěn)定計算示意圖對于新建尾礦庫，計算之前要選定計算

剖面，如圖3—1所示。

后期壩壩坡可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)假定；浸潤線位置由滲流分析確

定；壩基豐層的物理力學(xué)指標(biāo)通過工程地質(zhì)勘察確定；后期

壩的物理力學(xué)指標(biāo)可參照類似尾礦的指標(biāo)確定，有條件者應(yīng)

在老尾礦壩上勘察確定。對于運(yùn)行中尾礦庫，進(jìn)行穩(wěn)定計算

時，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)狀勘察結(jié)果確定其浸潤線位置和壩體土層分布

及物理力學(xué)指標(biāo)。計算時，假定多個滑動面，根據(jù)滑動體的

受力狀態(tài)，計算出各個土條所受的力對滑弧中心的抗滑力矩

MK和滑動力矩MH,用式(3—1)求出各個滑動面的抗滑穩(wěn)定

的安全系數(shù)K,并找出最危險的滑動面(K=K.)。

K=MK/

(3—1)

設(shè)計的作用就是要采取多種措施，確保最小的抗滑穩(wěn)

定安全系數(shù)(KG不小于設(shè)計規(guī)范的規(guī)定。我國現(xiàn)行的《選礦

廠尾礦設(shè)施設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的最小的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)見

《尾礦庫安全技術(shù)規(guī)程》第5.3.18條的表6o

【條文】

5.3.17尾礦壩穩(wěn)定性計算的荷載分下列5類，可根據(jù)

不同

情況按表5進(jìn)行組合：

一類為筑壩期正常高水位的滲透壓力；

二類為壩體自重；

三類為壩體及壩基中孔隙壓力；

四類為最高洪水位有可能形成的穩(wěn)定滲透壓力；

五類為地震慣性力。

5.3.18按瑞典圓弧法計算壩坡抗滑穩(wěn)定的安全系數(shù)

不應(yīng)小于表6規(guī)定的數(shù)值。

表5荷載的組合

表6壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)

5.3.19當(dāng)采用簡化畢肖普法與瑞典圓弧法計算結(jié)果

相比較時，可參照《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》有關(guān)規(guī)定選用

兩種方法各自的最小安全系數(shù)。

【釋義與知識】

簡化畢肖普法與瑞典圓弧法都是基于剛體極限平衡理

論的條分法。他們的主要區(qū)別在于前者計及條塊間作用力，

后者則沒有。因而前者合理些。后者使用了多年，技術(shù)處理

工程等級

適用條件

1234、5

正常運(yùn)用條件1.501.351.301.25

非常運(yùn)用條件I1.301.251.201.15

非常運(yùn)用條件n1.201.151.151.10

經(jīng)驗(yàn)較多?，F(xiàn)行的《選礦廠尾礦設(shè)施設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的抗滑

穩(wěn)定最小安全系數(shù)適用于瑞典圓弧法。所以說，當(dāng)采用簡化

畢肖普法時，最小安全系數(shù)可參照現(xiàn)行《碾壓式土石壩設(shè)計

規(guī)范》(S1274—2001)的規(guī)定執(zhí)行(表3—2)。

表3—2壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)

1.正常運(yùn)用條件

(1)水庫水位處于正常蓄水位和設(shè)計洪水位與死水位之

間的各種水位的穩(wěn)定滲流期;

(2)水庫水位在上述范圍內(nèi)經(jīng)常性的正常降落；

(3)抽水蓄能電站的水庫水位的經(jīng)常性變化和降落。

2.非常運(yùn)用條件I

(1)施工期；

(2)校核洪水位有可能形成穩(wěn)定滲流的情況；

(3)水庫水位的非常降落，如自校核鴻水位降落、降落

致死水位以下，以及大流量快速泄空等。

3.非常運(yùn)用條件H

正常運(yùn)用條件遇地震。

【條文】

5.3.20尾礦壩壩體材料及壩基土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)類

別，應(yīng)視強(qiáng)度計算方法與土類的不同按表7選取。

5.3.21上游式尾礦壩的計算斷面應(yīng)考慮到尾礦沉積

規(guī)律，

根據(jù)顆粒粗細(xì)程度概化分區(qū)。各區(qū)尾礦的物理力學(xué)指標(biāo)

可參考類似尾礦壩或按附錄B確定。必要時通過試驗(yàn)研究確

定。

對在用尾礦壩進(jìn)行穩(wěn)定計算時應(yīng)根據(jù)該壩勘察報告確

定概化分區(qū)及相應(yīng)的物理力學(xué)指標(biāo)。

強(qiáng)度指標(biāo)類別（取得的

強(qiáng)度

土的方法）試驗(yàn)試驗(yàn)起始

計算

類別強(qiáng)度儀器狀態(tài)

方法試驗(yàn)方法

指標(biāo)

無粘三軸一、壩體材

固結(jié)不排水剪

性土儀料

少粘直剪1.含水量

固結(jié)快剪

總性土儀及密度與

應(yīng)Cu,中三軸原狀一樣

固結(jié)不排水剪

力U儀2.浸潤線

法直剪以下及水

固結(jié)快剪

粘性儀下要預(yù)先

土三軸飽和

固結(jié)不排水剪

儀3.試驗(yàn)應(yīng)

直剪力與

慢剪

無粘儀壩體實(shí)際

有

性土三軸應(yīng)力相

效固結(jié)排水剪

C'u,儀一致

應(yīng)

①'直剪二、壩基用

力慢剪

粘性儀原狀土

法

土固結(jié)不排水剪、三軸

測孔壓儀

注：L少粘性土指粘粒含量小于15%的尾礦。

2.軟弱尾粘土類粘性土采用固結(jié)快剪指標(biāo)時，應(yīng)

根據(jù)其固結(jié)程度確定；當(dāng)采用十字板抗剪強(qiáng)度

指標(biāo)時，應(yīng)考慮土體固結(jié)后強(qiáng)度的增長。

表7尾礦及土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

【釋義與知識】

尾礦壩穩(wěn)定計算必須考慮沉積尾礦物理力學(xué)指標(biāo)的不

一致性，應(yīng)根據(jù)該壩勘察報告確定概化分區(qū)及相應(yīng)的物理力

學(xué)指標(biāo)。

【條文】

5.3.22上游式尾礦壩堆積至I/2?2/3最終設(shè)計壩

高時，應(yīng)對壩體進(jìn)行一次全面的勘察，并進(jìn)行穩(wěn)定性專項(xiàng)評

價，以驗(yàn)證現(xiàn)狀及設(shè)計最終壩體的穩(wěn)定性，確定相應(yīng)技術(shù)措

O

【釋義與知識】

在新建尾礦庫設(shè)計中，由于尚未進(jìn)行尾礦堆壩，一般是

參考類似工程尾礦物理力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行壩體穩(wěn)定計算，確定尾

礦壩設(shè)計堆積方式和堆積斷面。當(dāng)尾礦庫投入運(yùn)行并已形成

一定高度的尾礦壩時（即尾礦壩堆積至1/2—2/3最終設(shè)計

壩高時），應(yīng)對該壩體進(jìn)行一次全面勘察，取得更符合實(shí)際

的壩體結(jié)構(gòu)和各土層物理力學(xué)指標(biāo)，并以此為依據(jù)進(jìn)行現(xiàn)狀

壩體和設(shè)計最終壩體的穩(wěn)定性驗(yàn)算，若穩(wěn)定性不滿足要求

時，應(yīng)采取相應(yīng)的技術(shù)措施。

【條文】

5.3.23透水堆石壩上游坡坡比不宜陡于1:1.6;土壩

上游坡坡比可