搜索
第1章勘察工作概述1.1工程概况1.1.1场地位置XX尾矿坝位于山东省莱芜市张家洼镇御驾泉村村北，距离张家洼镇约4公里，鲁中冶金矿业集团公司有专用公路直通尾矿坝，交通方便。图片1御驾泉尾矿坝交通位置图1.1.2尾矿坝概况XX尾矿坝由设计，采用上游法筑坝，设计总坝高94m，总库容3590万m3，属大中型库。主要由初期坝、尾矿堆积坝及排水系统组成。初期坝为滤水堆石坝（透水坝），高度29m，堆积坝高度65m，坝长1000m，最终堆积标高350m。尾矿坝汇水面积1.93km2，坝内设7个周边多孔溢水塔，满足堆筑标高350m以下的排水、排洪要求。1.1.3尾矿坝现状御驾泉尾矿坝南市泰安市淄市济博比例尺1：400000鲁中冶金矿业集团公司曾于1992年委托航空航天工业部航空工业勘察设计研究院对一、二、三期子坝（标高295m）进行了勘察。现已堆筑至第十期子坝，标高316m（见图片2）。由于原矿中含有大量红板岩，致使尾矿中矿泥含量大，放矿后形不成干滩，无法实现上游法筑坝。随着坝体的增高和逐渐向库内延伸，坝体随之座落在尾砂和矿泥上面，为了保证安全筑坝，曾采用了碎石堆筑、旋流器沉砂护坡、土工布防渗等措施，虽然在碎石堆筑过程中有挤泥和固结作用，但对坝体的安全稳定仍构成较大威胁。曾一度出现过坝体漏矿、滩面塌陷、外排水超标、子坝难以堆筑等一系列问题，严重影响坝体的安全和公司的生产。通过多年的试验研究，决定在316m水平改为中线法筑坝。为评价坝体的安全与稳定性，受鲁中冶金矿业集团公司委托，我公司承担并完成了尾矿堆积坝的岩土工程勘察工作。1.2勘察依据、目的及任务1.2.1勘察依据本次勘察工作主要依据下列规范、规程及有关文件标准进行：1、御驾泉尾矿坝岩土工程勘察委托书；2、《上游法尾矿堆积坝工程地质勘察规程》（YBJ11-86）；3、《选矿厂尾矿设施设计规范》（ZBJ1-90）；4、《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）；5、《建筑工程地质钻探技术标准》（JGJ87-92）；6、《土工试验方法标准》（GB/T50123-1999）；7、《土工试验规程》（YBJ42-92）。1.2.2勘察目的及任务本次勘察的主要目的是为尾矿坝加高至350m水平进行分析研究提供依据和有关岩土工程参数。根据上述规范、规程及有关文件标准，本次勘察工作的具体任务如下：1、查明碎石、尾矿砂和尾矿土的厚度、性质、颗粒组成、密实程度、堆积规律及其分布，为稳定性分析提供地质岩性剖面；2、查明尾矿堆积物的密实程度和沉积规律，确定尾矿沉积层和碎石堆积层的状态和相应的物理力学及工程性质，提供稳定分析需要的岩性参数，为尾矿堆积坝继续加高的可行性及设计提供依据；3、查明地下水的埋藏条件、类型、补排条件和变化规律，提供尾矿砂、尾矿土的渗透系数K等水文地质参数及勘察期间浸润线的位置；4、判定尾矿砂、尾矿土在地震作用下的液化可能性；5、安装水平位移、沉降、浸润线观测设备，建立长期观测系统。1.3勘察工作的方法及完成工作量1.3.1岩土工程勘察等级根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001），考虑到尾矿坝的规模和特征，以及由于岩土工程问题造成工程破坏或正常使用的后果，工程重要性等级按一级，考虑到尾矿坝坝体水文地质条件较复杂，场地复杂程度等级按一级，由于尾矿砂、尾矿土等特殊性土的存在，地基复杂程度等级按二级，综合判定本次岩土工程勘察等级为甲级。1.3.2勘察工作的方法及完成工作量根据委托任务书要求及现行规范规定，本次勘察在广泛收集分析本场区及其附近已有岩土工程资料的基础上，采用钻探取土、标准贯入试验、超重型动力触探试验、孔压静力触探试验、十字板剪切试验、钻孔注水试验、波速测试、地脉动测试、室内试验分析（包括物理性质试验、固结试验、抗剪强度试验、动三轴试验和共振柱试验）等多种方法综合进行，并设置了长期观测系统。1、勘察点布置根据“御驾泉尾矿坝岩土工程勘察委托书”及现行规范、规程规定，结合场地岩土工程条件，本次岩土工程勘察垂直于坝轴线布置3条勘探线，勘探线间距80～140m，勘探点由初期坝向第十期子坝方向按勘探线布置，共布置勘探点18个，其中钻孔13个，钻孔间距10～30m，孔压静力触探试验对比孔3个（距相应钻孔1.00m），十字板剪切试验孔2个（距相应钻孔1.00m）。勘探点位置由建设单位专业测量人员测放，采用日本产TOPCONGTS-211D型电子全站仪，并立标桩为志，经建设单位确认无误后，方可正式开钻施工。勘探点坐标采用1954年北京坐标系，孔口标高采用1956年黄海高程系统，基准点高程由建设单位提供。2、钻探、取土主要用于查明碎石、尾矿砂和尾矿土的厚度及其分布规律，采取合格土样供室内试验分析，配合进行现场标准贯入试验、超重型动力触探试验、波速测试及钻孔注水试验工作。勘探点由初期坝向第十期子坝方向按勘探线布置，共布置钻孔13个，其中一般性钻孔7个，控制性钻孔6个，所有钻孔均为取土孔，其中标准贯入试验法液化判定专用钻孔4个，控制性钻孔以达到原自然地面以下1.00m~2.00m作为终孔依据，一般性钻孔以达到原自然地面作为终孔依据。本工程野外施工利用2台DPP-100-3E型汽车钻机(见图片3)，采用筒状合金钻具回转钻进，对上部碎石段采用无水干钻，跟管钻进（见图片4），局部碎石段采用冲击钻进，对尾矿段采用泥浆护壁。钻孔开孔直径不小于Φ146mm，终孔直径不小于Φ89mm，钻探回次进尺一般为1.00m~1.50m，钻孔垂直度0.5~1%。采用快速静力压入法取土，取土垂向间距按土层的均匀程度确定，一般1.00m~2.00m，取土器为上海金勘产TB80A型敞口薄壁取土器，废土管长度0.25m，样筒长0.50m，筒径（外径）80mm（见图片5）。本工程共完成钻探582.30m/18孔，取Ⅰ级土样86筒，取Ⅳ级土样25件。3、标准贯入试验（SPT）主要用于评价尾矿砂、尾矿土的密实程度，判定地震作用下尾矿砂、尾矿土产生液化的可能性。标准贯入试验采用自动脱钩法（见图片6）。标准贯入试验的垂向间距为1.00～1.50m。液化判定专用钻孔为K3、K5、K10、K11，对地面下20m深度内的尾粉细砂和尾粉土，从贯入器中采取Ⅳ级土样进行粘粒分析。本工程于K3、K5、K10、K11钻孔中共进行标准贯入试验55次。4、超重型动力触探试验（DPT）主要用于评价碎石的密实程度，判定碎石层的均匀性及其力学性质指标等。超重型动力触探试验采用自动脱钩法（见图片7）。试验时连续贯入。本工程于K3、K4、K5、K10、K11钻孔中共进行超重型动力触探试验29.10m。5、孔压静力触探试验（CPTU）主要用于配合钻孔对尾矿进行力学分层，确定从钻孔中采取原状土样的深度，测定尾矿砂、尾矿土的锥尖阻力qc、侧壁摩阻力fs和贯入时的超孔隙水压力u，为分析尾矿砂、尾矿土的均匀性、密实度等提供依据。孔压静力触探试验与钻探对比施工，与相应钻孔间距控制在1.00m以内，对上部碎石段采用套管护壁，试验自碎石层底面开始，采用浙江温岭南光地质仪器厂生产的WSY型孔压静力触探仪（见图片8），锥头截面积10cm2，滤水器位于锥头后的圆柱面上（见图片9）。本工程于T1、T3、T5钻孔中共进行孔压静力触探试验51.40m，孔压消散点16点。6、十字板剪切试验（VST）主要用于现场测定并计算饱和尾粘土的不排水抗剪强度Cu、重塑土的不排水抗剪强度Cu′及土的灵敏度St等指标，绘制土的不排水抗剪强度Cu和灵敏度St随深度的变化曲线，判定饱和尾粘土的固结历史等。十字板剪切试验与钻探对比施工，与相应钻孔间距控制在1.00m以内，对上部碎石段采用套管护壁，试验自碎石层底面开始，采用浙江温岭南光地质仪器厂生产的WS-K型贯入式电测十字板剪切仪，十字板为矩形，高径比为2，板厚2mm（见图片10），十字板剪切试验点的位置根据地层确定。本工程于T2、T4钻孔中共进行十字板剪切试验10点。7、钻孔注水试验（IT）主要用于查明坝体尾矿砂、尾矿土的渗透性，测定尾矿砂、尾矿土的综合渗透系数K等水文地质参数。注水试验在钻孔内进行。在稳定时间段内，单孔稳定延续时间不小于4h。本工程于K3、K5、K10钻孔中共进行钻孔注水试验3次。8、波速测试主要用于测定场地土的纵波速Vp、横波速Vs，计算场地土的等效剪切波速Vse、动剪切模量Gd、动弹性模量Ed及动泊松比μd等，划分建筑场地类别，提供用于抗震设计的地基土的动力参数。波速试验采用单孔检层法（见图片11），垂向试验点间距为2.00m，并提供各岩土层的纵横波速值Vp、Vs、相应的动力参数（动剪切模量Gd、动弹性模量Ed和动泊松比μd等）及相关图表。本工程于K3、K9、K13钻孔中共进行波速测试45点次。9、地脉动测试主要用于确定场地的脉动卓越周期，为抗震设计提供依据。测试点位在场地中均匀布置，测定X、Y、Z三个方向的地面振动周期。为减少噪音对测试数据的影响，地脉动测试安排在夜间11：00～1：00之间进行。本工程于K1、K8、K11钻孔附近共进行地脉动测试3点次。10、室内试验为了全面评价尾矿砂、尾矿土的工程性质，对尾矿砂试样提供颗粒分析、密度ρ、比重GS、天然含水量ω、饱和度Sr、孔隙比e、渗透系数K、休止角Φ（水上及水下）等指标；对尾矿土试样提供密度ρ、天然含水量ω、比重GS、饱和度Sr、孔隙比e、渗透系数K、液限ωl、塑限ωp、塑性指数Ip、液性指数Il、直剪抗剪强度指标C、Φ（快剪和固结快剪）、三轴剪切试验指标C、Φ（不固结不排水、固结不排水及固结排水剪）、固结系数Cv、先期固结压力Pc等指标。按邓肯—张应力应变非线性弹性模型，进行三轴固结排水剪试验时，提供弹性模量E和泊松比μ。本工程共计完成静三轴试验（包括不固结不排水、固结不排水及固结排水）10组。对进行动三轴和共振柱试验的土样，主要测定等效振动周次下潜在破坏面上的地震总应力抗剪强度与初始有效法向应力的关系，初始应力条件下轴向总应变与振次关系，最大动剪模量与平均有效主应力的关系、动剪模量与动剪应变幅的关系以及阻尼比与动剪应变幅的关系等。本工程共计完成动三轴试验和共振柱试验各4组。本次勘察的静三轴试验、动三轴试验和共振柱试验均委托中国水利水电科学研究院岩土所完成。对在标贯器中采取的Ⅳ级土样进行粘粒（≤0.005mm）分析。本工程共计完成粘粒分析试验25组。另外，为了现场观测碎石的密实度，测定其天然密度，了解坝体下游粉质粘土的物理力学性质，本次勘察沿剖面线方向，分别于坝体上部的碎石层和坝体下游的粉质粘土中施工探坑各3个，总深度6.80m，大容积法测量碎石天然密度3次，于坝体下游的粉质粘土中取探井土样4件。为尽量减少试样在运输过程中的扰动影响，本次勘察过程中在现场设立了土工试验室（见图片12），完成土的常规物理力学项目的试验。对需进行特殊项目试验的土样现场用塑料样盖严格密封，并用胶带固定，在运输过程中采用专用土样箱，箱底及四周放置海棉垫层，以减轻振动时对土样造成的扰动。11、长期观测系统的设置主要包括浸润线观测系统和位移与变形观测系统。浸润线观测系统主要用来观测浸润线的位置，了解浸润线的变化规律，为渗流分析提供依据。本次勘察共设置了6个（K1、K3、K7、K9、K11、K13）观测孔，其中五期子坝上1个，七期子坝上2个，十期子坝上3个。观测管采用Φ60mm铁管，管外加喷防锈漆，长度以达到含水层底面下3.00～4.00m，下端设置3.00m沉淀管，上端可逐渐接高，观测管的透水管段用土工布包扎以防滤料进入观测管（见图片13），透水管外用中粗砂作滤料充填，管口加盖护帽以防落物堵塞。位移与变形观测系统主要用来监测坝体的变形情况，从而掌握坝的使用状态。位移观测系统是在坝体上设置观测桩点6个，其中五期子坝上2个，七期子坝上2个，十期子坝上2个。该项工作委托鲁中冶金矿业集团公司技术处完成。勘察点主要数据详见附表1。野外施工自2003年3月28日开始，至2003年5月5日结束。勘察报告于2003年8月22日提交。第2章自然地理与气候气象2.1自然地理莱芜市位于山东中部，泰山东麓。东邻淄博市，西、