坝体稳定性分析

坝体稳定性分析（精选七篇）

坝体稳定性分析 篇1

关键词：尾矿库,加高扩容,坝体,稳定性分析

寺院沟尾矿库位于冷水镇马鹿沟尾寺院沟内, 是一个三面靠山一面筑坝的上游法山谷型尾矿库, 是栾川县三强钼钨有限公司马庙选厂的尾矿主要堆存地。2003年6月建成投入使用, 初期坝为透水堆石坝, 坝顶相对高程32.0 m, 坝高23.6 m, 堆积坝顶高程54.4 m, 总坝高45.6 m。原设计剩余有效库容难以与矿山开采年限相匹配, 鉴于新建尾矿库投资巨大, 且没有理想库址及实施起来扰民现象严重的实际情况, 对现有尾矿库进行挖潜改造, 以增加库容, 延长尾矿库的服务期[1]。

1尾矿库加高扩容概况

该尾矿库经加高扩容设计, 尾矿最终堆积坝顶高至150 m, 增库容为848.58万m3, 相应总库容增至1 088.31万m3, 总坝高141.6 m。初期坝为透水堆石坝, 目前初期坝高为24.39 m (自初期坝外坡脚算起) , 下游坡比为1∶1.74, 坝顶宽为3 m, 内坡比为1∶1.75, 初期坝与设计总坝高之比为1∶6, 满足《尾矿库安全技术规程》要求。截至目前, 堆积坝总高度为60.45 m, 堆积子坝已堆筑18级, 第19级子坝正在堆筑, 其中扩容前堆筑的子坝为1～6级, 堆筑高度为22.01 m, 平均外坡比为1∶4.1;扩容后堆筑的子坝为7～18级, 堆筑高度为38.44 m, 平均外坡比为1∶4.9。

2尾矿库坝体稳定复核

2.1计算原理和方法

坝体的失稳是部分土体沿某滑裂面滑动造成的, 通常滑裂面假定为圆弧形。瑞典圆弧法是假设坝坡或坝坡连同部分坝基土体沿某一圆柱面滑动, 圆柱面在坝体横剖面图上为一圆弧, 取单位坝长按平面问题进行计算。拟定不同的圆心和半径作一系列圆弧, 对每一圆弧上的土体进行力的分析, 分别求出各力对圆心的力矩。设∑MГ为圆弧面上抗滑力产生的抗滑力矩总和, ∑MS为滑裂土体上的荷载对圆心的力矩代数和 (称滑动力矩) , 则每一假定圆弧面的抗滑安全系数为KC=∑MГ/∑MS, 比较一系列滑动圆弧KC, 最小的安全系数KCmin 即为该计算情况的安全系数[2,3]。

为便于计算滑动土体上各力对圆心的力矩, 常采用条分法将滑动圆弧以上的土体分成若干竖向土条, 分别计算各土条上的力的作用结果, 再求其总和代入公式计算稳定安全系数。根据考虑孔隙压力影响的方法不同, 又分为有效应力法和总应力法2种。因为总应力法是不考虑孔隙水压力的, 不同坝高、不同干滩长度、不同结构型式会导致不同的地下水渗流场, 同时考虑到施工过程影响基本参数测定, 此次计算采用参数选取偏安全的总应力法。

2.2各土层物理力学指标取用

该尾矿堆积坝体由上至下划分为尾粉细砂、尾粉砂、尾粉土和尾粉质黏土4类, 地基为第四系坡洪积、强风化石英岩及中—微风化石英岩。各层尾矿物理力学指标建议值见表1。

2.3初期坝体稳定性校核

按照尾矿库实际工况, 该区地震烈度为6度, 故不考虑地震影响, 但考虑渗流作用, 采用圆弧法进行坝坡稳定计算, 其公式:

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式中, K为安全系数;b为滑块土条宽度;C为内聚力;ϕ为内摩擦角;u为土条底面的孔隙水压力;ψ为土条底面中心切线与水平线的夹角;Wi为计入渗透压力后土条所受力。

初期坝稳定性计算参数:内聚力0, 内摩擦角42°, 堆石坝重度18.9 kN/m3。计算结果:正常运行Kmin=1.31>1.25;洪水期运行Kmin=1.27>1.15。

2.4堆积坝体稳定性校核

计算参数:由于堆积坝是由尾砂组成, 其参数和尾砂粗细有关, 其中尾粉砂天然密度2.01 g/cm3, 内摩擦角18°, 内聚力22.5 kPa;尾粉土天然密度1.99 g/cm3, 内摩擦角16°, 内聚力19.0 kPa;尾粉质黏土天然密度1.92 g/cm3, 内摩擦角14°, 内聚力18.0 kPa;计算时考虑水渗透力。校核计算分为正常工况和洪水期:①正常工况计算结果Kmin=1.313>1.20;②洪水期计算结果Kmin=1.227>1.10。

根据计算校核, 初期坝及堆积坝坝体最小抗滑稳定系数均满足《尾矿库安全技术规程》要求。

3加高扩容坝体稳定性分析

3.1尾矿堆积坝顶高120 m时稳定性分析

在目前尾矿堆积坝高的基础上继续以上游法堆筑, 平均堆积边坡1∶5, 堆高至120 m时, 尾矿库等别为Ⅲ级。根据土层分布进行模拟概化分层, 浸润线正常状况考虑埋深30 m, 洪水状况下埋深25 m, 分2种工况计算, 在分别取不同的尾粉质黏土物理力学指标 (ϕ取值) 下, 得出最终坝坡的稳定最小安全系数 (表2) 。

从表2中可以看出, 必须及时采取有效的排渗措施, 加快库底尾粉质泥土固结, 提高其抗剪强度指标, 使尾粉质黏土层的内摩擦角ϕ≥12°时, 尾矿库的坝坡稳定最小安全系数才能够满足要求[4]。

注:C=10 kPa。

3.2尾矿堆积坝顶高150 m时稳定性分析

当尾矿库堆积坝顶高上升到150 m时, 尾矿库等别为Ⅱ级。浸润线正常状况考虑埋深30 m, 洪水状况下埋深25 m。计算最小抗滑稳定安全系数见表2。

从表2中可以看出, 要使尾矿库堆至150 m高度, 必须加强固结, 需使尾粉质黏土层的内摩擦角ϕ≥16°。

4结论及建议

(1) 目前寺院沟尾矿库初期坝高24.39 m, 堆积坝高60.45 m, 总坝高84.84 m, 坝体最小抗滑稳定系数均满足要求。建议初期坝外坡用块石护坡, 可以有效减少雨水对初期坝的冲刷, 同时应加强对坝体的监测, 发现问题及时处理。

(2) 在目前尾矿堆积坝高的基础上继续以上游法堆筑时, 必须及时采取有效的排渗措施, 加快库底尾粉质泥土固结, 提高其抗剪强度指标, 加大扩容后坝坡稳定最小安全系数, 才能够满足要求。

(3) 堆积坝外坡比较设计要求略陡, 虽经稳定性计算其抗滑稳定安全系数符合《尾矿库安全技术规程》要求, 但在今后堆积坝堆筑过程中, 应严格按照设计要求的外坡比进行堆筑。

参考文献

[1]门永生, 柴建设.我国尾矿库安全现状及事故预防措施[J].中国安全生产科学技术, 2009, 5 (1) :48-52.

[2]陈祖煜.土质边坡稳定分析——原理、方法、程序[M].北京:中国水利水电出版社, 2003.

[3]门玉明.土坡稳定性的极限分析方法[J].西安地质学院学报, 1996 (2) :58-63.

坝体稳定性分析 篇2

目前,国内外尾矿地表处置的方式按尾矿浓度分基本上有3种:传统湿式排放、膏体堆存和干式堆存。传统湿式排放是现在应用最广泛的一种尾矿地表处置方式[1];干式堆存较多地应用于黄金矿山[2],是指将尾矿浆通过压滤机压成滤饼,然后通过皮带或汽车运输的方式运送至尾矿库进行堆存;膏体堆存[3]是一种新型的尾矿地表处置工艺手段,是指通过浓缩机将尾矿浆浓缩至一种高浓度的“膏体”状态,然后通过管道输送至尾矿库进行排放和堆存。相比传统湿排,膏体堆存既保持了可以管道输送和排放的优点,同时又可大量地回收利用尾矿中的水,降低成本,同时很大程度上减小了渗透对周边环境和地下水的污染。与干式堆存工艺相比,膏体堆存既保持了尾矿扬尘对周边环境影响小,尾矿库不再排水或很少排水的优点,也省去了尾矿压滤系统及皮带运输的昂贵费用。

在我国膏体堆存之所以没有得到推广原因很多,既有经济方面的因素,也有膏体堆存的技术问题,其中就包括筑坝坝体的稳定性还未得到定量的描述和论证。因此,对高浓度的膏体堆存坝体稳定性进行分析和讨论非常有必要。

2 坝体稳定性分析方法

尾矿筑坝技术起步较晚,且尾矿的性质和土壤相类似,故现今的尾矿坝坝体稳定性分析方法一般都是沿用土力学的方法。尾矿坝的稳定性分析和土体边坡稳定性分析相类似[4]。图1为一般边坡的主要构造,虚线为滑坡危险面,尾矿坝坝体的形状及构造和其大致相同[5]。

目前,尾矿坝的稳定分析方法主要有3种:极限平衡法、概率分析法和数值分析法。其中极限平衡法包括Bishop法、Janbu法、Sarma法、余推力法和瑞典条分法等。本文采用的稳定性分析方法主要是极限平衡法[6]。本文将用Slide 5.0软件对坝体的稳定性进行分析,Slide 5.0软件是目前较为全面的边坡稳定性分析软件,它可以使用基于CAD的图形界面,具有广泛的建模和数据处理分析能力。

3 坝体稳定性分析

主要讨论对象是运用Slide 5.0软件所计算出的坡体最小安全系数。国内某矿山尾矿库等别为二等库,根据《选矿厂尾矿设施设计规范》(ZBJ1-90),二等库正常运行的最小安全系数为1.25。

根据某设计院采用Slide 3.0软件对该矿山目前采用的膏体上游法堆积方式的稳定性分析,在正常运行时最小安全系数为1.942,如图2。由此可以看出，提高排放浓度对坝体的稳定性提高有着非常重要的作用。

3.1 含水率(浓度)和堆积角度对坝体稳定性的影响

用均匀设计的方法,分析坝内尾矿含水率和堆积角度对坝体稳定性的影响,方案如表1所示。按两因素六水平的方案进行。浓度取值范围为74%～84%,堆积角度取值范围为2°～7°。

各含水率条件下尾矿的力学参数通过直剪实验获得,如表2所示。

Slide 5.0的分析结果如图3、图4、图5、图6、图7和图8所示(图3～图8、图12、图13中横坐标和纵坐标分别代表坝体的长度和高度,单位为m)。

表3为各组的安全系数结果,可看出各组都有较高的坝体安全系数。用均匀设计软件Ud 2.20对安全系数结果进行分析。

均匀设计软件Ud 2.20分析结果如下,得出的回归方程为:

式中y——安全系数;

x1——浓度,%;

x2——堆积角度,(°)。

各方程项对回归的贡献:

由此可看出尾砂的堆积角度对坝体的稳定性影响较大,尾砂的浓度(含水率)对坝体的稳定性影响较小。下面分别研究含水率和堆积角度对稳定性的影响。

(1)含水率对坝体的稳定性影响。取堆积角度为5°时,分别模拟尾矿含水率为19.0%、22.0%、25.0%、28.2%、31.6%和35.1%的坝体安全系数,通过Slide 5.0分析,安全系数分别为3.260、3.023、2.555、2.279、2.296和2.168。

图9为含水率与安全系数关系图,从图中可看出,安全系数基本随着堆积体内尾矿含水率的增大而减小,在含水率为32%附近出现异常,这和抗剪强度与含水率的关系相似,是颗粒间自由水和结合水作用的结果。

由于两次建模的坝体高度选取不一样,故在堆积角度5°、含水率19%时,其安全系数与均匀设计实验的结果(表3)不相同。均匀设计选取的坝体高度更高,所以同等条件下安全系数更低。堆积角度和安全系数的关系也出现了类似的情况。

(2)堆积角度对坝体的稳定性影响。取含水率为25.0%,分别模拟堆积角度为2°、3°、4°、5°、6°和7°时的坝体安全系数,通过Slide 5.0分析,安全系数分别为2.258、2.300、2.415、2.555、2.835和3.382。

图10为堆积角度与安全系数关系曲线图。从图中可看出:安全系数随着堆积体的坡度增大而增大。其中在初始阶段,安全系数随坡度的增大表现出的增幅较小,在坡度为5°以上时,安全系数增幅较大。

在本实验所取实验范围内,尾矿膏体堆积的坡度较缓。在坡度较缓的前提下,堆积角度对坝体的稳定性影响不大。同时,对于膏体堆存来说,堆积角度较小,则意味着坝体库容减小,此时需要加高尾矿坝体,坝体越高,其稳定性能就越差。所以在此处,尾矿库安全系数基本随着堆积体的坡度增大而增大。所以,在矿山若采用尾矿膏体堆存,由于堆积坡度较缓,可以在堆积过程中适当增大堆积角度有利于减少堆坝高度,从而增加坝体的稳定性

3.2 全尾砂和分级尾砂筑坝的坝体稳定性分析

全尾砂筑坝的坝体稳定性一直受人们关注。一般认为分级尾砂筑坝的稳定性要高于全尾砂筑坝,这是普遍认为粗颗粒的尾砂具有更好的力学性能的缘故。下面对全尾砂和分级尾砂筑坝的坝体稳定性进行分析。尾砂筑坝示意图如图1 1所示,底部为土石坝,上部为尾砂坝,坝体内部为尾砂,坝体的堆积角度为5°。参数设置如表4所示,全尾砂选取实验中内聚力和内摩擦角最高的一组含水率尾砂,即浓度为19.0%;分级尾砂用粒径大于0.074mm的尾砂。

由图12和图13可得出,对于膏体堆存来说,分级尾砂筑坝的稳定性优于全尾砂筑坝,但是两者差距不大。分级尾砂筑坝坝体安全系数为3.370,全尾砂筑坝坝体安全系数为3.233,两者安全系数都较高,远高于设计要求值,且远高于传统低浓度分级尾砂筑坝的安全系数。此外,较分级尾砂筑坝,全尾砂筑坝工艺较为简洁,省去了尾砂分级的步骤。

综上所述,该矿尾矿膏体堆存完全可以采用全尾砂进行筑坝,能保证较高的坝体稳定性。

4 结论

通过对国内某矿山的尾矿库不同堆坝方式以及不同含水率和堆积角度的坝体稳定性进行分析,针对该矿山尾矿库得出以下结论。

(1)较传统尾矿筑坝方式,膏体堆存坝体稳定性更好。

(2)尾矿含水率和堆积角度对坝体的稳定性有影响,堆积角度影响更大。尾矿含水率在19.0%～35.1%的范围内,坝体安全系数基本随着堆积体内尾矿含水率的增大而减小,在含水率为32%附近出现异常,这是颗粒间自由水和结合水作用的结果。在坡度较缓的前提下,坝体安全系数基本随着堆积体的坡度适当增大而增大,这是由于堆积角度越缓,单元堆积体的容积会减小,此时需要加高尾矿坝,坝体越高稳定性能越差,且坡度较缓也会增大自由水溢流的难度。

(3)对于膏体堆存来说,分级尾砂筑坝的稳定性优于全尾砂筑坝,但是两者差距不大,两者安全系数远高于设计要求值,且远高于传统低浓度尾砂筑坝的安全系数,所以该矿山膏体堆存可以采用全尾砂进行筑坝。

参考文献

[1]谢旭阳,田文旗,王云海,张兴凯.我国尾矿库安全现状分析及管理对策研究[J].中国安全生产科学技术,2009,5(2):5-9.

[2]迟春霞,沈强.尾矿干堆技术探讨[J].黄金,2002,23(8):47-49.

[3]Phil Newman,Roger White,Alislair Cadden.Paste-the future of tailings disposal[C].Mineral Processing,2001:1-10.

[4]崔政权,李宁.边坡工程—理论与实践最新发展[M].北京:中国水利水电出版社,1999.

[5]魏作安.细粒尾矿及其堆坝稳定性研究[D].重庆:重庆大学,2004.

吉林省板庙子尾矿库坝体稳定分析 篇3

吉林省白山板庙子金矿位于吉林省白山市境内, 矿区位于龙岗山脉东南缘, 浑江谷地的西北侧。区内山脉多为北东走向, 局部近东西向。地势属中低山区, 山势陡峭, 地形较复杂, 沟谷多呈“V”字型。由于该区气候温湿多雨, 该区森林茂密, 植被发育, 为二茬林区;其自然生态环境良好, 尚未发现大的地质灾害隐患。

2 参数选择

合理准确地选取坝体土料的物理力学参数, 特别是材料的抗剪强度指标, 对于确定经济合理的坝体边坡及坝体结构是极其重要的。在稳定计算过程中, 尾矿初期坝坝体材料的静、动力计算参数按长春有色勘查设计院试验结果进行取值, 堆石的紧密容重为20.5kN/m3, 摩擦角34°, 凝聚力0kPa;尾坝堆积体材料的静、动力计算参数按试验结果进行取值, 尾矿的固结容重为14.9kN/m3, 饱和容重为17.5kN/m3, 由三轴不排水剪试验得到总应力强度指标为:摩擦角30.3°, 凝聚力55.9kPa;由三轴固结排水剪试验得到有效应力强度指标为摩擦角29.6°, 凝聚力12.1kPa。初期坝底碎石容重20.5kN/m 3, 摩擦角32°, 凝聚力5kPa;这三种材料的强度均为有效强度指标。

根据设计资料, 一期最高洪水位为795.0m, 则相应的干滩长度为122.8m;二期最高洪水位为820.0m, 则相应的干滩长度为341.0m。

3 计算工况

对于静力稳定计算, 考虑的荷载为坝体自重和孔隙水的浮力。对于动力稳定计算, 荷载组合为筑坝期正常洪水位所产生的浮力+坝体自重+地震荷载, 在122.8m、341.0m两种干滩两种情况下, 分别进行稳定计算。

计算中浸润线位置由渗流数值分析确定, 地震荷载当作拟静力施加到坝体上, 水平地震动为0.2g, 竖向地震动是水平的2/3。

4 计算结果

4.1 静力稳定计算

1) 尾矿库一期, 干滩长度为122.8m, 防渗土工膜状态良好, 正常运行期。最小安全系数所对应的滑弧圆心和滑弧位置Kc=4.509。

2) 尾矿库一期, 干滩长度为122.8m, 防渗土工膜状态渗漏, 坝内存在浸润水, 洪水运行期。最小安全系数所对应的滑弧圆心和滑弧Kc=2.643。

3) 尾矿库二期, 干滩长度为341m, 防渗土工膜状态良好, 正常运行期。

最小安全系数所对应的滑弧圆心和滑弧Kc=5.11

4) 尾矿库二期, 干滩长度为341m, 防渗土工膜状态渗漏, 坝内存在浸润水, 洪水运行期。最小安全系数所对应的滑弧圆心和滑弧Kc=3.026。

最小安全系数所对应的滑弧均位于初期坝基以下, 这表明初期坝地基的稳定性较差, 但安全系数均大于规范规定的安全系数允许值1.10 (洪水运行) 及1.2 (正常运行) 。

4.2 动力稳定计算

1) 尾矿库一期, 干滩长度为122.8m, 防渗土工膜状态良好, 正常运行期+7度地震。Kc=3.336。

2) 尾矿库一期, 干滩长度为122.8m, 防渗土工膜状态渗漏, 坝内存在浸润水, 洪水运行期+7度地震。Kc=1.959。

3) 尾矿库二期, 干滩长度为341m, 防渗土工膜状态良好, 正常运行期+7度地震。Kc=3.691。

当干滩长度为122.8m和341m时, 最小安全系数所对应的滑弧均位于初期坝基以下, 这仍表明初期坝地基的稳定性较差, 但安全系数均大于规范规定的安全系数允许值1.05 (特殊运行) 。

表4-1给出了不同干滩长度122.8m, 341m情况下, 整个坝体的静、动力稳定的最小安全系数及所出现位置。

由表4-1所示, 最不利滑弧位于均初期坝基下, 且滑弧很深。另外, 地基处理不好, 会对堆积坝稳定构成威胁。静力稳定的安全系数和动力稳定的安全系数均大于规范规定的安全系数值, 所以可以认为在静力、动力情况下, 坝体均能保持稳定。

5 结论与建议

在按设计单位提出的技术要求对板庙子金矿选矿厂尾矿坝材料完成了室内土工试验的基础上, 通过坝体的静动力有限元分析和稳定计算, 就尾矿坝的稳定性得到如下结论和建议:

1) 由于浸润线的位置对坝体静动力稳定、液化起着非常重要的作用, 计算结果表明初期坝建成为不透水堆石坝和堆积坝上游防渗土工膜的方式可有效地控制坝内浸润线的产生, 因此建议在土工膜防渗施工、设计和管理时要予以高度重视。

2) 由静力有限元分析, 坝体中最小有效主应力均为正, 表明坝体中无拉应力产生, 因此可以认为在坝体自重和稳定渗流作用下, 坝体是稳定的。

3) 采用拟静力法对动力稳定进行分析, 结果表明在7度地震作用下 (水平加速度0.2g, 竖向加速度为水平向的2/3) , 对于一期122.8m干滩及二期341m干滩工况, 计算得到的最小安全系数均大于规范规定的安全系数允许值1.05, 满足规范要求, 因此可以认为坝体在地震作用下是稳定的。

参考文献

[1]张克绪, 谢君斐.土动力学.地震出版社, 1989.

[2]中华人民共和国国家标准, 土工试验方法标准 (G B/T50123-1999) .中国计划出版社, 1999.

[3]中华人民共和国行业标准, 土工试验规程 (SL237—1999) .中华人民共和国水利水电出版社, 1999.

坝体稳定性分析 篇4

关键词：坝型,抗滑,稳定性

拱坝从建筑学意义上来讲, 是一种高次超静定空间壳体结构。它主要是通过相应的各个地质环境中, 依靠地质所形成的山体结构作为依托, 加上人工的综合作用, 建构一组平行于地面的拱圈和悬臂梁, 使其能够达到长时间稳定山体、阻挡水流的作用。拱坝坝肩岩体稳定是拱坝安全的根本保证, 当拱坝坝肩岩体存在软弱结构面或坝肩岩体较软弱时, 两岸坝肩岩体应进行抗滑稳定计算。但是每个地理环境下的地质情况不尽相同, 水源和气候等条件也会影响坝体的抗滑稳定性能, 所以在进行坝肩岩体稳定计算及坝身应力分析时需要具体问题具体分析。

1 关于坝肩岩体稳定的相关问题分析

1.1 拱坝的工作特点

拱坝是将水平外力通过拱桥的张力把这种水平外力分担给两侧的山体岩石, 山体岩石具有本身坚固不可动的特点, 如果没有较大的地理地质运动, 一般不会发生位置的变动, 因此山体岩石可以通过自身的反力支撑拱坝的水平外力, 实现整个坝体结构的稳定性能。另外的张力通过垂直梁把这些张力传达给坝体底部的河床, 河床能够支撑坝体的本身重量, 使得坝体结构能在山体之间稳固, 这样的三角架结构从力学意义上来说是最稳定的。坝体的稳定性主要就是通过这三点之间的张力和反力的相互作用维持平衡, 因此拱坝的工作特点就是依据这三点相互作用控制坝体整体的平衡性, 因而坝肩岩体的抗滑稳定分析就显得尤其重要。

1.2 刚体极限平衡法

这是一种拱坝抗滑稳定分析常用的手法, 主要是通过依据一些现实理论假设, 建立模型, 通过分析模型的各个部分之间的相互作用来分析拱坝建设的科学性。也可以通过这种分析手法测量相关地质条件下建设拱坝的合理性, 也是一种检测的手段, 检测拱坝的安全系数。这种刚体极限平衡法是不考虑渗压在各个界面上数值达到平衡点之前的变化, 它只看渗压达到平衡点之后它在坝体的各个部位的情况。同时这种方法也不计各面在达到各自极限平衡状态时剪切错动位移可能产生不同的影响。对于坝体两侧的山体结构, 不考虑各个部分山体的岩石强度和密度不同, 只是把他们看成一个统一的数值, 这样能够方便计算和模型的构成, 但忽略了很多实际的地理地质条件, 可能与实际情况还是会有一定的理论差距。所以刚体极限平衡法所得出的结论能够反映现实坝体的一些基本情况, 对坝体抗滑稳定的研究具有重要意义, 它的模拟性使得学者在研究坝体抗滑稳定分析时更加具有操作化意义。但是我们也要看到其结果的局限性, 统计数据也不可全然尽信, 在建造拱坝或者其他水库大坝时, 还是需要根据实际情况具体问题具体分析。

1.3 拱坝的地质特点

拱坝的地质特点是指拱坝所在空间范围内的地理地质环境结构, 包括植被、岩石、矿物等各种地理物质的分布状况、组成情况、发育发展和构造, 了解坝体的地理地质环境结构会对建构拱坝的稳定性的建设具有良好的促进作用。一般来说, 河谷狭窄的地质地理环境会使得坝体建设更加方便, 尤其是在山体相对对称的地形条件下, 岩石坚固, 最好的是有整体的砂岩, 砂岩具有较高的强度, 这对拱坝所依托山体岩石反力的稳定性具有良好的保障, 有得天独厚的雄厚山体作为依托, 会更加增强坝体稳固的性能。但是砂岩内之间层之间如果有地质运动造成岩层的变动, 就会造成岩石不稳, 进而影响拱坝的稳定, 当遇到大雨拱坝就很容易造成滑坡泥石流等灾害, 同时也会对坝体本身的构造造成损毁。也有些岩石层是不具有建设拱坝的地质构造的, 例如一些碎石块的岩层, 这种岩层虽然看上去紧密结实, 但岩层的密度很容易通过压力分崩瓦解, 造成山体变形。

1.4 东北中温带的气候特点

本文主要的实验研究地点在中国北方, 因此特意考虑了中温带的各种特点有可能对重力坝的地质条件来进行抗滑稳定的方案研究讨论。众所周知, 中温带季风气候的特点就是冬季寒冷干燥, 夏季暖热多雨, 雨热同季。这种气候条件下, 多雨季节和少雨季节相对应的水量的不同导致了水库大坝对于重力的承受是不一样的, 修建水库的时候还需要考虑最多量时候水对于坝体中压力以及坝体能够承受的压力范围, 实现最大限度的承受能力, 能够最大程度的满足坝体的稳定性能。同时我国北方大多属于平原地带, 土壤土质相较于高原来说较为松软, 这也是技术上需要克服的一个问题, 需要在建造水库大坝的时候对于地形地质的考察更加严格, 增加对于天然坝体坚固的追求, 以减少人工建造的成本和困难程度。

2 坝体抗滑稳定及加固优化的方案

2.1 坝体仿真计算的抗滑稳定方案之一

仿真计算的抗滑稳定方案主要有两种类型, 都是属于维弹塑性有限元分析方法的范畴, 在坝体浇筑和水库蓄水过程中切实模拟拱坝的建造过程, 以此来对坝体的抗滑稳定性能进行分析比较研究。仿真计算一种是非整体式重力坝, 另一种是整体式重力坝。非整体重力坝其实就是依据各个部分单独进行应力场模拟, 各个部分之间没有联系性, 这是在坝体是一次性浇筑建成完工、水库的蓄水状态也是同步完成的情形下进行的讨论, 一次浇筑建成的拱坝, 各个部分之间相较而言会较为独立, 其对山体的张力以及对水库水量的荷载力也是相对独立互不相干的, 把基岩在自重状态下产生的应力视为初始地应力, 既考虑了基岩处于地质形态中的变动性, 也考虑了模型完成的简单化操作的要求, 这样在进行相关的造地应力和岩石自重应力的数据建构时, 统计资料会更加具有科学性, 结果也相应的更加具有权威性, 兼顾了实验和现实两者的关系。

2.2 坝体仿真计算的抗滑稳定方案之二

整体重力坝则是在整个模拟大坝建成后又经过了一定的加固, 整个大坝之间各个部分已经形成一个总体, 横缝单元在其中有相互牵制的作用。这种整体重力坝需要按照三个部分进行计算, 首先和非整体重力坝一样, 也是进行初始地应力场的计算。第二部分是在坝体自身重量的基础上进行坝体浇筑的反力计算, 这个部分和非整体重力坝的计算操作类似。最后是横缝单元连贯的重力计算, 把整个横缝灌浆连成一个整的单元, 是整个坝体之间相互联系, 大坝所拦截的水量也是正常水量, 然后针对这时的坝体进行三维弹塑性有限元分析。

2.3 有关抗震设计的坝体抗滑加固方案分析

由于我国是一个地震灾害频发的国家, 所以抗震要求也是坝体防滑稳定中一个重要的研究方面, 我国的学者们对坝体的地震安全也非常重视。就整个坝体构造来说, 坝体上部结构在地震危害来临时是最难防范的地方, 也是整个坝体结构中容易损坏的地方, 有相关专家指出, 对于非线性动力有限元法运用于校核地震复核时, 若没有出现贯穿性开裂, 则为安全。否则, 对开裂面以上的孤立坝体需要进行抗滑稳定计算, 并指出孤立坝体动力稳定复核可以采用的方法有Newmark滑块位移法、DDA、离散元等动力非连续方法。

3 结语

水库大坝具有结构轻巧、节省材料、抗震能力高、坝身能泄洪、能充分利用材料的强度等许多优点。在我国的水利建设过程中受到极高的欢迎, 各地的水利工程建设条件允许都会建设一道水库大坝, 这项工程能给人民带来的福祉是丰富多样的。就其抗滑稳定来说, 拱坝坝肩岩体稳定是拱坝安全的根本保证, 要做到这点, 需要工程师对相应的地理地质环境进行充分的考察, 熟悉当地的地理气候水文等相关知识, 对地质岩石的稳定性做充分的调查研究, 再进行坝身应力分析, 对坝体整体或者局部型态做相应的工程改变, 提出自己的方案设计, 以此来促进坝体的抗滑稳定性能。

参考文献

[1]袁勇福.东焦河水库大坝稳定分析应力计算[J].山西水利科技, 2013, (03) :50-52.

[2]陈广华.兴隆岗水库大坝稳定分析计算研究[J].黑龙江水利科技, 2014, (07) :77-79.

坝体稳定性分析 篇5

某水库为大(2)型、平原灌注式水库,于1958年动工兴建,1967年基本建成,以后逐渐配套。于2003年进行改扩建,现水库引蓄水量主要为塔里木河夏季洪水及秋冬季的水量,库盘面积45.36km 2,库容1.61×108m 3,人工坝体27.27km,坝体为均质土坝,护坡坝前采用混凝土板护坡,坝后采用填土护坡。因此,处理好坝体裂缝对保证大坝安全具有重要意义。本文提出了采用将有裂缝处坝坡挖除后用原土分层回填并夯密实,处理效果较好,保证了水库坝体的安全运行。

2 坝体裂缝原因分析

2.1 采用的勘察方法及手段

为查明裂缝的分布范围、走向及贯通情况,在坝体后坡有裂缝处坡面水平向开挖探槽,该探槽位于坝体背水坡面的中下部,宽50cm,深30cm,长度为全坝段。通过探槽观测裂缝的分布情况及发展方向,选择有代表性坝段开挖楔形探井,探井以揭穿裂缝为主,并在井壁上取土样,查明裂缝处坝堤土的含水量、密度、比重等物理力学性质指标,取混合土料,做击实试验,为后期工程治理提供参数

2.2 坝体裂缝调查情况

2.2.1 裂缝的分布情况及类型

通过调查分析,裂缝长多为3m～5m,最长可达9.5m;裂缝宽1cm～2cm,最大裂缝宽4cm,宽度超过2cm的裂缝约占总裂缝的25%;裂缝深度1.5m～3.0m,最大深度达3.0m以上。并且裂缝以横向裂缝为主,其间距较为均匀,多为3m～5m。局部地段有纵向裂缝,后经开挖探槽发现,纵向裂缝是两组甚至多组横向裂缝的分叉及延续。另外,裂开坝坡大约占坝坡总长的85%。

2.2.2 裂缝处坝体土物理性质指标

经室内土工试验成果表明,裂缝处坝体土均由粘性土构成。

水库蓄水前,裂缝处坝体土各项物理性质指标如下:天然含水量为10.1%～19.9%,远小于其塑限值17.27%～20.92%,其粘粒含量31.15%～52.28%,远大于筑坝土料粘粒含量10%～30%的界限值。现将水库蓄水前后坝后坡相同坝段相同深度(1.5m～1.7m)天然含水量进行对比,其中蓄水前天然含水量为12.9%～15.8%,蓄水后天然含水量为13.3%～16.1%。通过对比分析,水库蓄水前后坝后坡土体的天然含水量变化很小,说明水库坝前坡的防渗墙等防渗工程设施均正常运行,未发生渗水现象,坝体未遭到贯穿性破坏。

2.3 坝体裂缝的成因分析

为保证坝体后期工程质量,必须分析坝体裂缝原因并采取相应的处理措施,现就造成坝体裂缝的成因进行分析。

2.3.1 干缩作用引起的裂缝

干缩裂缝是由于土体表面失水收缩,而土体内部不收缩或收缩甚微,表层土体受到约束,发生拉应力形成的。这种裂缝常见于含水量较高,薄膜水较厚的细粒土体,但只发生在填土表面和坝顶部分,危害不大。从本次调查坝后坡裂缝的情况来看,坝体土料的天然含水量多在10%～15%,比最优含水量18%低了3%～8%,相差较为悬殊;另据本区前期资料,筑坝土料为非盐胀性土、非溶陷性土、非膨胀性土,因此可判定水库坝体后坡裂缝不是由盐胀、溶陷、膨胀因素造成的。工程建成6年后,由于坝后覆盖层较薄,大部分为0.3m～0.5m,且工程区蒸发量大、降水量小,坝体浸润线又很低,因此筑坝土料失水量过大。此条件是形成“干缩裂缝”的必然原因,此种裂缝的出现是延时性的,随筑坝土料水分的缺失逐渐加深、变宽,初期危害性较小,当其发展到贯穿坝体、威胁防渗体时,破坏性就较大了。

2.3.2 变形引起的裂缝

当不均匀变形在坝体某些部位产生的拉应变或局部较大的剪应变超过土体的极限应变值时就要产生拉伸缝或剪切缝。不均匀变形裂缝一般规模较大,深入坝体,可以破坏坝体的完整性。按其形态叙述如下:1)纵向裂缝,多出现在坝顶或上游坝肩,不会造成防渗体的渗透破坏,对大坝安全不会带来致命威胁。2)横向裂缝,多出现在坝顶两端,出现时间大多数是在大坝竣工不久,通常呈垂直向,贯穿上下游。其张开深度只有5m～6m,因受内部应力的作用,再往下呈闭合型甚至于消失。它是集中渗流的隐蔽通道,当水库水位达到裂缝高程后防渗体易渗透破坏,甚至导致大坝溃决,危害较大。3)水平裂缝,水平裂缝多发生在较薄的粘土心墙中,是一种内部裂缝,有时可贯穿心墙,在坝体表面很难发现,是一种危害性很大的裂缝。

由坝体变形引起的裂缝的出现是延时性的,具体表现性状为“上窄下宽”或大坝纵向错位,这与该水库大坝后坡裂缝的表观性状不同因此可排除坝体变形引起的裂缝

2.3.3 水力劈裂作用引起的裂缝

水力劈裂裂缝是薄心墙坝发展后形成的一种裂缝,多数是水平缝。其产生的原因是坝壳沉降速度快,心墙压缩量大,后又沉降速度缓慢,易受到坝壳的拱作用不能正常沉降,致使心墙中的铅直向应力因坝壳的拱作用而小于库水压力。或是某个面上的压应力小于库水压力的水平面产生水力劈裂,出现贯通上下游的水平裂缝,使防渗体的抗渗强度降低。由于裂缝是因水压力劈裂心墙而产生,裂缝的产生和水压力的增加基本呈同步出现,因而大多伴随着心墙的渗透破坏,对大坝的安全威胁最大。

通过调查发现恰拉水库大坝后坡裂缝多为横向裂缝,与水力劈裂裂缝的性状与形成机理不同,因此可排除“水力劈裂作用引起的裂缝”。

2.3.4 地震引起的裂缝

土坝在地震过程中,由于地壳运动,在坝体中产生很大的惯性力,作用方向反复变换,改变了坝体和坝基中原有的应力状态。在水平和垂直的地震力作用下,土坝将同时出现纵向裂缝和横向裂缝。水库坝段自运行以来,工程区未发生地震,因此可排除“地震引起的裂缝”。

2.3.5 冻融作用引起的裂缝

冻融裂缝也容易发生在含水量较高的细粒土体中,当土体已经冻结,气温再骤降,表层冻土收缩,受到内部未降温的土体的约束,在表层发生裂缝。这种裂缝的深度只限于冻土层范围内,当冻土融化后一般能自行闭合,所以,冻融裂缝一般也不致威胁坝的安全。通过取样试验,现状大坝填筑土料天然含水量在15%左右,属于含水量很低的干硬性土,由于土体内含水量很低,缺乏冻胀破坏发生的必然要素“水分”,此种裂缝的产生是冬季出现,夏季有部分自然回复,而该水库大坝裂缝发生在非冻胀季节,且其深度远大于本区最大冻深1.2m的界限值,因此可排除“冻融作用引起的裂缝”。

3 危害性分析

在坝体产生裂缝的五种原因中,其中变形、水力劈裂、地震引起的裂缝对大坝危害性较大,干缩、冰冻引起的裂缝危害性较轻,但要及时处理,防止裂缝的进一步发展。水库坝体裂缝出现位置位于坝后坡,沿裂缝开挖探坑中未见边壁出现顺坝的纵向裂缝,现阶段并未影响到大坝的防渗、防浪、防冰体系,且由于裂缝处探坑开挖非常困难,土料固结紧密,筑坝土料并未失去其“支撑防渗膜、刚性混凝土护坡”的功能。

4 坝体裂缝的处理措施

由于本区属大陆性干旱气候,光热丰富,昼夜温差大,降水稀少,蒸发量大,干缩对坝体裂缝作用巨大,针对干缩机理及以往成熟经验,采用如下处理措施。

在坝体裂缝较稀少且不是影响大坝安全的坝段,采用泥浆进行灌浆处理。在坝体裂缝较多且影响大坝安全的坝段,为了避免水库高水位运行期间施工,对坝体造成一定的振动,水库蓄水安全不利,因此建议在水库低水位运行期间进行加固处理,采用开挖回填法,具体实施步骤如下:开挖前先沿裂缝灌入一定量的石灰水,以便显示裂缝痕迹,然后沿着石灰痕迹退台(满足规范要求)开挖,开挖范围应超过裂缝长、宽和深的0.3m～0.5m,并保证以不至于引起坍塌和施工便利为原则。开挖好后,将沟壁周围洒水润湿,并且分层填入与原坝体相同的土料,逐层夯实,满足设计要求;此后将坝后坡进行覆土,其厚度为1.0m左右;最后将坝体表面铺设水工膜或采取其他措施,防止水分蒸发。

5 结语

该水库坝后坡裂缝的形成主要由干缩作用所引起,针对干缩机理,采取“4”的处理措施进行加固,处理效果较好,大坝至今运行正常。希望本文能够唤醒大家对类似土坝的足够重视,在新建土坝时应对坝体进行很好的养护,并在后期做好防护措施,不致使含水量挥发较快,以免造成干缩而导致坝体裂缝,造成安全隐患希望该方法对类似工程也有一定的借鉴意义

参考文献

[1]吴东.大秦水库土坝的裂缝原因分析及处理措施[J].农田水利与小水电,1995,2(2):47.

[2]邬迎春.浅谈水库土坝裂缝及渗流稳定的处理措施[J].水利天地,2006(5):34-35.

坝体稳定性分析 篇6

1工程地质条件

坝址区位于峡谷河段, 河谷呈V字形, 底宽25～40 m。河谷两岸岸坡略显不对称。从河床 (高程635.00 m) 到高程747.00 m左右, 左岸平均75°, 右岸平均65°;从高程747.00 m起向上地形坡度略缓些。

坝址区主要由侏罗系灰岩、砂质页岩及第四系全新统冲洪积砂卵砾石组成。河床覆盖层厚度一般为1～5 m, 多处可见有基岩出露。

两岸坝肩岩体较差, 断层、裂隙、层间剪切带较发育, 其相互组合对坝肩岩体的稳定性有一定的影响。

2计算模型

考虑到坝体的规模以及坝址地区的地形地貌和坝基岩体岩性、结构面的分布特征, 计算模型区域为:左右岸方向为1 000 m, 上下游方向为800 m, 坝顶到模型底部为500 m。计算单元采用八结点三维实体单元及接触单元, 共计15 567个。模型单元划分示意见图1、2。

计算中非线性应力屈服准则选用德鲁克-普拉格 (Drucker-Prager) 准则。

3计算参数

3.1 岩体

三维有限元计算模型中模拟了坝基岩体的分区, 其分区见图3。坝基、坝肩岩体各区原始的物理力学参数见表1。固结灌浆范围内岩体的计算参数见表2。

3.2 混凝土

坝体碾压混凝土计算参数见表3。

3.3 坝体的允许应力

根据美国工程兵团的拱坝设计规范, 坝体应力控制标准见表4。

4荷载及荷载组合

4.1 荷载

作用在坝体上的荷载主要有温度荷载、自重、上游水压力、下游水压力、波浪力、泥沙压力、扬压力及地震荷载。

特殊荷载的计算方法如下。

注:fcd′=1.3fc′, ftd′=1.3ft′, 混凝土试验均采用圆柱试块进行。

4.1.1 温度荷载

在此次计算中, 温度场的计算以10年稳定温度场为基础, 参考规范。在温升和温降情况下, 考虑混凝土徐变引起的影响, 混凝土计算采用的弹性模量为混凝土的瞬时弹性模量乘以一个系数0.65。

以封拱时温度为参考温度, 以10年后的2月15日的温度场为温降时的温度场荷载, 以7月15日的在温度场为温升时的温度场荷载。

通过坝体稳定温度场计算分析确定坝体的封拱温度, 见表5。

4.1.2 扬压力

假定坝基部分帷幕后排水孔处的压力强度为上、下游水头差的0.30倍, 假定坝肩部分帷幕后排水孔处的压力强度为上、下游水头差的0.40倍。

4.1.3 地震荷载

4.1.3.1 拟静力法

基本设计地震 (OBE) 水平加速度为0.10g;采用拟静力法进行计算, 按照抗震规范进行计算。

4.1.3.2 时程法

(1) 动沙压力

《水工建筑物抗震设计规范》 (SL203—97) 规定, 地震对泥沙压力的影响, 一般不予考虑, 但本工程坝前淤沙厚度很大, 动沙压力对坝体应力、变形和稳定有较大影响, 必须予以考虑。由于目前对于动沙压力的作用机理仍处于理论研究阶段, 还没有成熟的计算方法。在《美国小坝设计》一书中提出“近似的假定为饱和泥沙的动力影响相当于水”, 同时考虑到地震过程中淤沙的液化, 故在动泥沙压力计算时参照动水压力的计算公式计算地震动沙压力。

(2) 地震加速度

最大可信地震 (MCE) 最大水平地震加速度为0.25g, 其地震加速度时程曲线见图4。在计算时, 考虑2个方向的地震同时作用。顺河流方向水平地震加速度为0.25g, 铅直方向为0.125g。

4.2 荷载组合

荷载组合见表6。

5计算结果

通过分析不同工况状态下, 坝体的应力分布, 明晰了最大主应力及其位置。本文以工况1为例, 对坝体应力分布状况, 做进一步分析。其中应力等值线图的单位为Pa, 压应力为负, 拉应力为正。

5.1 工况1坝体主应力分布

坝体第1主应力在-1.05～1.82 MPa之间, 极值为2.00 MPa, 极值位置在左岸下游侧703 m高程, 第3主应力均为压应力, 极值为-3.59 MPa, 极值位置在左岸坝趾。

坝体上游面715.00 m高程以下第1主应力为压应力, 高程715.00 m以上第1主应力为拉应力, 拉应力最大值为0.74 MPa。下游面的第1主应力0.32～1.82 MPa, 均为拉应力。坝体上、下游面在高程730 m以上第3主应力存在0.1 MPa的拉应力, 其他部位均为压应力, 压应力最大值为-3.59 MPa。

坝基 (高程630.00 m) 部分区域存在第1主应力的拉应力区, 拉应力的最大值为1.24 MPa, 拉应力区位于坝体的下游面, 范围很小;第3主应力均为压应力, 压应力最大值为-3.63 MPa。建基面铅垂向正应力均为压应力, 压应力最大值为-3.50 MPa。

坝体高程649.00 m以上各水平层铅垂向正应力存在小于1.09 MPa的拉应力, 拉应力区位于坝体的下游侧表面, 范围很小, 坝体表面范围很小的铅垂向拉应力主要由温降应力引起, 坝体水平层铅垂向正应力大部分以压应力为主。

总之, 坝体应力值在设计允许值范围内。坝体应力分布见图5～8。

5.2 坝体应力状况汇总

各种工况的计算结果见表7。

通过对以上4种工况的计算结果统计分析可知:

(1) 坝体上游面最大拉应力为0.74 MPa, 下游面最大拉应力为1.86 MPa, 均小于设计规定值。

(2) 坝体上游面最大压应力为-2.87 MPa, 下游面最大压应力为-6.02 MPa, 均小于设计规定值。

坝体稳定性分析 篇7

尾矿库是选矿厂的一项重要设施, 同时又是一个重大的危险源。尾矿库一旦失事, 往往会给下游生产生活设施及人民生命财产造成灾难重大损失, 并造成环境污染。近年来, 尾矿库安全事故并不少见, 其危害程度也很严重。在我国, 尾矿库立法及相应的安全技术起步较晚, 地区经济发展水平差异, 导致生产及安全科技人员分布不均, 而且由于历史原因, 局部地区仍存在病库、危库。另外, 包括我国在内的许多地区, 极端天气现象不断发生, 给尾矿库安全管理提出更新的要求。因此, 加强尾矿库安全管理的同时, 完善事故状态下的现场处置措施, 是尾矿库安全管理体系中一项重要内容。

1 坝体裂缝产生的主要原因

尾矿库坝体裂缝的形式多样, 因此其造成坝体裂缝的原因也呈多样性。目前, 业内认可的坝体裂缝主要有横向裂缝、纵向裂缝、龟裂缝。虽然导致裂缝的原因很多, 但在实践中, 常常认为以下因素是坝体裂缝产生的主要原因:

1) 相邻坝体或坝基受坝体重力作用及地质环境的影响, 产生不均匀沉降或位移;

2) 坝前干滩长度不够、库内水位长期超高、坝体排渗效果差、子坝堆筑速度过快等导致坝体内存在软弱层或局部液化;

3) 土坝填土干湿不均, 或坝体表面干缩或冻裂;

4) 坝体堆筑的结构、断面、坡比及筑坝周期等与设计不符或设计本身存在缺陷;

5) 库区存在的不良地质, 在勘探、设计及施工过程中没有得到关注;

6) 库区发生地震、泥石流、滑坡等重大地质灾害, 发生强降雨或极端干旱气候。

2 坝体裂缝事故预防措施

我国对尾矿库建设、施工、运行等实施较为严格行政审批及安全生产许可制度。严格的审批制度实际上已成为预防尾矿库生产安全事故的重要措施。但从我国尾矿库管理现状来看, 要避免因坝体裂缝而引发尾矿库生产安全事故, 运行过中的各项预防管理措施也极为重要。相关措施大致总结如下:

1) 限制库内水位, 确保坝前干滩长度及坝体浸润线高度符合设计要求, 避免坝基渗漏变形、坝面塌陷、隆起和变形;

2) 严禁坝体附近采矿、开挖道路及相关的爆破作业;

3) 子坝堆筑应符合设计要求;

4) 严把排渗设施施工质量关, 确保排渗的有效性;

5) 建立健全各项管理制度及操作规程, 加强员工培训教育, 持证上岗;

6) 采用必要科技手段, 如位移、沉降等在线监测, 实时掌握坝体及其安全设施的现状;

7) 发生地震、强降雨等重大地质灾害及各种极端气象条件后, 应实施专项检查, 发现裂缝及时处理;

8) 在妥善处置坝体裂缝之前, 应做好裂缝保护工作, 如采取覆盖、修筑引水沟等方法防止降雨或地表水进入裂缝等措施。

3 坝体裂缝事故分级与现场处置措施

3.1 坝体裂缝事故分级

Ⅱ级:事故造成一人以上轻伤, 事故扩大或引发坝体滑坡、溃坝等事故的可能极小;

Ⅰ级:事故已造成多人重伤或一人以上的人员死亡或失踪, 或事故可能进一扩大, 并可能引发坝体大面积滑坡、溃坝等事故。

3.2 坝体裂缝事故现场处置

3.2.1 Ⅱ级事故现场处置

1) 判定为Ⅱ级坝体裂缝事故, 则尾矿库职班领导应立即组织相关人员进入事故现场进行抢险。抢险人员应配带必要的个人防护器具。

2) 事故发生班组应立即停产, 切断已被损坏及事故可能涉及区域的电力供应。

3) 如事故发生在夜间, 抢险人员需配备足够照明设备, 在没有完全弄清楚事故原因及了解事故现场的情况下, 不得贸然进入事故现场。

4) 有轻伤人员, 应使用现场配备的事故急救箱进行救护。

5) 在进行裂缝修复处理前, 应判断裂缝的性质, 如坝体出现滑动性裂缝, 应结合坝坡稳定性分析统一考虑, 对于非滑动性裂缝可采取以下措施进行处理, 防止裂缝进一步扩大:

第一, 对于较浅的表层裂缝及防渗部位裂缝, 可采取开挖回填的方法处理, 即:

(1) 开挖回填, 开挖长度应适当超过裂缝两端, 深度应大于裂缝深度;开挖槽底宽度不少于0.5米;为确保开挖深度及范围符合要求, 开挖前可先灌入可识别色彩的浆液;

(2) 回填土料, 对于浅裂缝, 可用原坝体土料回填, 禁用水份过高或冻土;对沉陷裂缝可选用塑性稍大些的土料。回填时应将土料逐层夯实, 厚度据实际情况而定。

第二, 对于坝内裂缝, 为减少开挖回填的工作量, 可采取灌浆处理, 即:

(1) 采用帷幕式布孔灌浆, 一般宜在坝顶上游布孔, 孔的数量、分布及孔距视裂缝大小和灌浆设备压力情况而定。浆料用粘土或粘土与水泥混浆;

(2) 对于浸润线以下的裂缝, 宜采用粘土与水泥按一定比例混浆;对已出现渗流且流量较大的裂缝, 还应掺入如石绵、木屑、细砂等物进行封堵;

(3) 汛期或库内水位高的情况下, 对长而深的纵向裂缝不宜采用压力灌浆处理;

(4) 在灌浆处理过程中, 如坝体含水较高, 坝体强度低, 则应加强对沉陷、位移及测压的观测, 发现异常应立即停止作业。

第三, 对于中等深度的裂缝, 不宜采用开挖回填办法处理或开挖困难时, 可根据实际情况采用开挖回填与灌浆相结合的处理方法。

6) 如库区出现长时间的降雨, 无法在短时间内对裂缝处理的, 对开口较小的裂缝可用沥青油毡盖住裂缝, 同时在裂缝周边可能出现的汇水做好蔬导工作;对于无法用沥青油毡盖住的裂缝, 需做好预防汇水进入裂缝的相关工作。

7) 如坝体出纵向裂缝且库内洪水已从裂缝向外溢出, 则可先用土冲装编织袋封堵出水口, 同时采用开挖泄洪道等方法降低库内水位。

8) 如事故现场失控, 可能演变成Ⅰ级事故, 则抢险人员应立即撤离现场, 特别是在坝体上或坝面以下的抢险人员。

9) 判定为Ⅰ级坝体裂缝事故, 或Ⅱ级事故已演变成Ⅰ级事故, 厂长应立即启应急预案, 并迅速成立应急救援指挥部及抢险救援、后勤保障等组织, 并在总指挥的统一指挥下开展救援工作。

3.2.2 Ⅰ级事故现场处置

1) 抢险救援人员

(1) 查明事故发生源点、原因及事故状态, 制定现场应急救援方案。凡能切断或控制而消除事故的, 则以自救为主;

(2) 清查事故现场, 清点生产、抢险作业人员, 确定伤亡、失踪及在岗人员情况, 同时将伤亡人员迅速转移至安全地带, 并进行力所能及的救护, 等待专业医疗机构的救援。如有人员失踪, 则应在确保自身安全的前提下, 组织人员全力搜救;

(3) 事故发生班组应立即紧急停产, 关停生产设备, 切断已被损坏及事故可能涉及区域的电力供应, 并密切监控事故状况, 及时向指挥部报告;

(4) 组织人员对排洪设施检查、清理工作, 保证排洪设施有效。在紧急情况下, 报经上级批准, 可开挖泄洪道, 以降低库内水位;

(5) 在事故现场无法有效控制的情况下, 向专业救援机构请求支援。

2) 后勤保障人员

(1) 保障应急救援物资、器材的供给, 联络医疗机构, 实施临时救护处理, 转送医院;

(2) 必要时实施交通管制, 设置警戒区及警示标志, 封锁事故现场和危险区域;

(3) 通知并组织险情威胁区域的群众撤离、转移, 设法保护周边重要生产、生活设施, 防止引发次生的安全或环境事故。

参考文献

[1]GBT 29639-2013生产经营单位生产安全事故应急预案编制导则[S].