山東省萊蕪市張家洼鎮(zhèn)御駕泉尾礦壩勘察報告

1、山東省萊蕪市張家洼鎮(zhèn)御駕泉尾礦壩勘察報告目錄第1章 勘察工作概述11.1 工程概況11.2 勘察依據(jù)、目的及任務(wù)21.3 勘察工作的方法及完成工作量3第2章 自然地理與氣候氣象102.1 自然地理102.2 氣候氣象10第3章 地形地貌與地質(zhì)構(gòu)造113.1 地形地貌113.2 地質(zhì)構(gòu)造11第4章 壩區(qū)巖土工程條件134.1 壩體的材料組成及其一般沉積規(guī)律134.2 壩體碎石的物理力學(xué)性質(zhì)144.3 壩體尾礦的物理力學(xué)性質(zhì)154.4 壩體尾礦的動力性質(zhì)214.5 壩底巖土物理力學(xué)性質(zhì)254.6 地震效應(yīng)26第5章 壩體浸潤線條件315.1 影響壩體地下水水位的因素315.2 壩體地下水水位變化規(guī)

2、律315.3 壩體地下水補給和排泄條件325.4 壩體地下水類型及壩體材料的透水性325.5 壩體地下水腐蝕性評價335.6 勘察期間的浸潤線位置335.7 浸潤線長期觀測系統(tǒng)設(shè)置34第6章 巖土參數(shù)的分析與選用356.1 巖土參數(shù)的可靠性與適用性評價356.2 巖土參數(shù)統(tǒng)計與選用37第7章 壩體尾礦固結(jié)歷史特征分析407.1 物理特征407.2 力學(xué)特征42第8章 結(jié)論與建議448.1 結(jié)論448.2 建議45參考文獻(xiàn)：46第1章 勘察工作概述1.1 工程概況1.1.1 場地位置泰御駕泉尾礦壩xx（御駕泉）尾礦壩位于山東省萊蕪市張家洼鎮(zhèn)御駕泉村村北，距離張家洼鎮(zhèn)約4公里，魯中冶金礦業(yè)集團公司

3、有專用公路直通尾礦壩，交通方便。比例尺1：400000安市圖片1 御駕泉尾礦壩交通位置圖1.1.2 尾礦壩概況xx尾礦壩由設(shè)計，采用上游法筑壩，設(shè)計總壩高94m，總庫容3590萬m3，屬大中型庫（三級庫，見本人所加下表）。主要由初期壩、尾礦堆積壩及排水系統(tǒng)組成。初期壩為濾水堆石壩（透水壩），高度29m，堆積壩高度65m，壩長1000m，最終堆積標(biāo)高350m。尾礦壩匯水面積1.93km2，壩內(nèi)設(shè)7個周邊多孔溢水塔，滿足堆筑標(biāo)高350m以下的排水、排洪要求。1.1.3 尾礦壩現(xiàn)狀魯中冶金礦業(yè)集團公司曾于1992年委托航空航天工業(yè)部航空工業(yè)勘察設(shè)計研究院對一、二、三期子壩（標(biāo)高295m）進(jìn)行了勘察。

4、現(xiàn)已堆筑至第十期子壩，標(biāo)高316m（見圖片2）。由于原礦中含有大量紅板巖，致使尾礦中礦泥含量大，放礦后形不成干灘，無法實現(xiàn)上游法筑壩。隨著壩體的增高和逐漸向庫內(nèi)延伸，壩體隨之座落在尾砂和礦泥上面，為了保證安全筑壩，曾采用了碎石堆筑、旋流器沉砂護坡、土工布防滲等措施，雖然在碎石堆筑過程中有擠泥和固結(jié)作用，但對壩體的安全穩(wěn)定仍構(gòu)成較大威脅。曾一度出現(xiàn)過壩體漏礦、灘面塌陷、外排水超標(biāo)、子壩難以堆筑等一系列問題，嚴(yán)重影響壩體的安全和公司的生產(chǎn)。通過多年的試驗研究，決定在316m水平改為中線法筑壩。為評價壩體的安全與穩(wěn)定性，受魯中冶金礦業(yè)集團公司委托，我公司承擔(dān)并完成了尾礦堆積壩的巖土工程勘察工作。1.

5、2 勘察依據(jù)、目的及任務(wù)1.2.1 勘察依據(jù)本次勘察工作主要依據(jù)下列規(guī)范、規(guī)程及有關(guān)文件標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行：1、御駕泉尾礦壩巖土工程勘察委托書；2、 上游法尾礦堆積壩工程地質(zhì)勘察規(guī)程（ybj11-86）；3、選礦廠尾礦設(shè)施設(shè)計規(guī)范（zbj1-90）；4、巖土工程勘察規(guī)范（gb50021-2001）；5、建筑工程地質(zhì)鉆探技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（jgj87-92）；6、土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)（gb/t50123-1999）；7、土工試驗規(guī)程（ybj42-92）。1.2.2 勘察目的及任務(wù)本次勘察的主要目的是為尾礦壩加高至350m水平進(jìn)行分析研究提供依據(jù)和有關(guān)巖土工程參數(shù)。根據(jù)上述規(guī)范、規(guī)程及有關(guān)文件標(biāo)準(zhǔn)，本次勘察工作的具體任務(wù)

6、如下：1、查明碎石、尾礦砂和尾礦土的厚度、性質(zhì)、顆粒組成、密實程度、堆積規(guī)律及其分布，為穩(wěn)定性分析提供地質(zhì)巖性剖面；2、查明尾礦堆積物的密實程度和沉積規(guī)律，確定尾礦沉積層和碎石堆積層的狀態(tài)和相應(yīng)的物理力學(xué)及工程性質(zhì)，提供穩(wěn)定分析需要的巖性參數(shù)，為尾礦堆積壩繼續(xù)加高的可行性及設(shè)計提供依據(jù)；3、查明地下水的埋藏條件、類型、補排條件和變化規(guī)律，提供尾礦砂、尾礦土的滲透系數(shù)k等水文地質(zhì)參數(shù)及勘察期間浸潤線的位置；4、判定尾礦砂、尾礦土在地震作用下的液化可能性；5、安裝水平位移、沉降、浸潤線觀測設(shè)備，建立長期觀測系統(tǒng)。1.3 勘察工作的方法及完成工作量1.3.1 巖土工程勘察等級根據(jù)巖土工程勘察規(guī)范（g

7、b50021-2001），考慮到尾礦壩的規(guī)模和特征，以及由于巖土工程問題造成工程破壞或正常使用的后果，工程重要性等級按一級，考慮到尾礦壩壩體水文地質(zhì)條件較復(fù)雜，場地復(fù)雜程度等級按一級，由于尾礦砂、尾礦土等特殊性土的存在，地基復(fù)雜程度等級按二級，綜合判定本次巖土工程勘察等級為甲級。1.3.2 勘察工作的方法及完成工作量根據(jù)委托任務(wù)書要求及現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定，本次勘察在廣泛收集分析本場區(qū)及其附近已有巖土工程資料的基礎(chǔ)上，采用鉆探取土、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗、超重型動力觸探試驗、孔壓靜力觸探試驗、十字板剪切試驗、鉆孔注水試驗、波速測試、地脈動測試、室內(nèi)試驗分析（包括物理性質(zhì)試驗、固結(jié)試驗、抗剪強度試驗、動三軸試驗和

8、共振柱試驗）等多種方法綜合進(jìn)行，并設(shè)置了長期觀測系統(tǒng)。1、勘察點布置根據(jù)“御駕泉尾礦壩巖土工程勘察委托書”及現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程規(guī)定，結(jié)合場地巖土工程條件，本次巖土工程勘察垂直于壩軸線布置3條勘探線，勘探線間距80140m，勘探點由初期壩向第十期子壩方向按勘探線布置，共布置勘探點18個，其中鉆孔13個，鉆孔間距1030m，孔壓靜力觸探試驗對比孔3個（距相應(yīng)鉆孔1.00m），十字板剪切試驗孔2個（距相應(yīng)鉆孔1.00m）?？碧近c位置由建設(shè)單位專業(yè)測量人員測放，采用日本產(chǎn)topcon gts-211d型電子全站儀，并立標(biāo)樁為志，經(jīng)建設(shè)單位確認(rèn)無誤后，方可正式開鉆施工?？碧近c坐標(biāo)采用1954年北京坐標(biāo)系，孔

9、口標(biāo)高采用1956年黃海高程系統(tǒng)，基準(zhǔn)點高程由建設(shè)單位提供。2、鉆探、取土主要用于查明碎石、尾礦砂和尾礦土的厚度及其分布規(guī)律，采取合格土樣供室內(nèi)試驗分析，配合進(jìn)行現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗、超重型動力觸探試驗、波速測試及鉆孔注水試驗工作。勘探點由初期壩向第十期子壩方向按勘探線布置，共布置鉆孔13個，其中一般性鉆孔7個，控制性鉆孔6個，所有鉆孔均為取土孔，其中標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗法液化判定專用鉆孔4個，控制性鉆孔以達(dá)到原自然地面以下1.00m2.00m作為終孔依據(jù)，一般性鉆孔以達(dá)到原自然地面作為終孔依據(jù)。本工程野外施工利用2臺dpp-100-3e型汽車鉆機(見圖片3)，采用筒狀合金鉆具回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，對上部碎石段采用無

10、水干鉆，跟管鉆進(jìn)（見圖片4），局部碎石段采用沖擊鉆進(jìn)，對尾礦段采用泥漿護壁。鉆孔開孔直徑不小于146mm，終孔直徑不小于89mm，鉆探回次進(jìn)尺一般為1.00m1.50m，鉆孔垂直度 0.51%。采用快速靜力壓入法取土，取土垂向間距按土層的均勻程度確定，一般1.00m2.00m，取土器為上海金勘產(chǎn)tb80a型敞口薄壁取土器，廢土管長度0.25m，樣筒長0.50m，筒徑（外徑）80mm（見圖片5）。本工程共完成鉆探582.30m/18孔，取級土樣86筒，取級土樣25件。3、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗（spt）主要用于評價尾礦砂、尾礦土的密實程度，判定地震作用下尾礦砂、尾礦土產(chǎn)生液化的可能性。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗采用自動

11、脫鉤法（見圖片6）。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗的垂向間距為1.001.50m。液化判定專用鉆孔為k3、k5、k10、k11，對地面下20m深度內(nèi)的尾粉細(xì)砂和尾粉土，從貫入器中采取級土樣進(jìn)行粘粒分析。本工程于k3、k5、k10、k11鉆孔中共進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗55次。4、超重型動力觸探試驗（dpt）主要用于評價碎石的密實程度，判定碎石層的均勻性及其力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)等。超重型動力觸探試驗采用自動脫鉤法（見圖片7）。試驗時連續(xù)貫入。本工程于k3、k4、k5、 k10、k11鉆孔中共進(jìn)行超重型動力觸探試驗29.10m。5、孔壓靜力觸探試驗（cptu）主要用于配合鉆孔對尾礦進(jìn)行力學(xué)分層，確定從鉆孔中采取原狀土樣的深度，測定

12、尾礦砂、尾礦土的錐尖阻力qc、側(cè)壁摩阻力fs和貫入時的超孔隙水壓力u，為分析尾礦砂、尾礦土的均勻性、密實度等提供依據(jù)。孔壓靜力觸探試驗與鉆探對比施工，與相應(yīng)鉆孔間距控制在1.00m以內(nèi)，對上部碎石段采用套管護壁，試驗自碎石層底面開始，采用浙江溫嶺南光地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的wsy型孔壓靜力觸探儀（見圖片8），錐頭截面積10cm2，濾水器位于錐頭后的圓柱面上（見圖片9）。本工程于t1、t3、t5鉆孔中共進(jìn)行孔壓靜力觸探試驗51.40m，孔壓消散點16點。6、十字板剪切試驗（vst）主要用于現(xiàn)場測定并計算飽和尾粘土的不排水抗剪強度cu、重塑土的不排水抗剪強度cu及土的靈敏度st等指標(biāo)，繪制土的不排水抗剪強

13、度cu和靈敏度st隨深度的變化曲線，判定飽和尾粘土的固結(jié)歷史等。十字板剪切試驗與鉆探對比施工，與相應(yīng)鉆孔間距控制在1.00m以內(nèi)，對上部碎石段采用套管護壁，試驗自碎石層底面開始，采用浙江溫嶺南光地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的ws-k型貫入式電測十字板剪切儀，十字板為矩形，高徑比為2，板厚2mm（見圖片10），十字板剪切試驗點的位置根據(jù)地層確定。本工程于t2、t4鉆孔中共進(jìn)行十字板剪切試驗10點。7、鉆孔注水試驗（it）主要用于查明壩體尾礦砂、尾礦土的滲透性，測定尾礦砂、尾礦土的綜合滲透系數(shù)k等水文地質(zhì)參數(shù)。注水試驗在鉆孔內(nèi)進(jìn)行。在穩(wěn)定時間段內(nèi)，單孔穩(wěn)定延續(xù)時間不小于4h。本工程于k3、k5、k10鉆孔中共進(jìn)

14、行鉆孔注水試驗3次。8、波速測試主要用于測定場地土的縱波速vp、橫波速vs，計算場地土的等效剪切波速vse、動剪切模量gd、動彈性模量ed及動泊松比d等，劃分建筑場地類別，提供用于抗震設(shè)計的地基土的動力參數(shù)。波速試驗采用單孔檢層法（見圖片11），垂向試驗點間距為2.00m，并提供各巖土層的縱橫波速值vp、vs、相應(yīng)的動力參數(shù)（動剪切模量gd、動彈性模量ed和動泊松比d等）及相關(guān)圖表。本工程于k3、k9、k13鉆孔中共進(jìn)行波速測試45點次。9、地脈動測試主要用于確定場地的脈動卓越周期，為抗震設(shè)計提供依據(jù)。測試點位在場地中均勻布置，測定 x、y、z三個方向的地面振動周期。為減少噪音對測試數(shù)據(jù)的影響

15、，地脈動測試安排在夜間11：001：00之間進(jìn)行。本工程于k1、k8、k11鉆孔附近共進(jìn)行地脈動測試3點次。10、室內(nèi)試驗為了全面評價尾礦砂、尾礦土的工程性質(zhì)，對尾礦砂試樣提供顆粒分析、密度、比重gs、天然含水量、飽和度sr、孔隙比e、滲透系數(shù)k、休止角（水上及水下）等指標(biāo)；對尾礦土試樣提供密度、天然含水量、比重gs、飽和度sr、孔隙比e、滲透系數(shù)k、液限l、塑限p、塑性指數(shù)ip、液性指數(shù)il、直剪抗剪強度指標(biāo)c、（快剪和固結(jié)快剪）、三軸剪切試驗指標(biāo)c、（不固結(jié)不排水、固結(jié)不排水及固結(jié)排水剪）、固結(jié)系數(shù)cv、先期固結(jié)壓力pc等指標(biāo)。按鄧肯張應(yīng)力應(yīng)變非線性彈性模型，進(jìn)行三軸固結(jié)排水剪試驗時，提供

16、彈性模量e和泊松比。本工程共計完成靜三軸試驗（包括不固結(jié)不排水、固結(jié)不排水及固結(jié)排水）10組。對進(jìn)行動三軸和共振柱試驗的土樣，主要測定等效振動周次下潛在破壞面上的地震總應(yīng)力抗剪強度與初始有效法向應(yīng)力的關(guān)系，初始應(yīng)力條件下軸向總應(yīng)變與振次關(guān)系，最大動剪模量與平均有效主應(yīng)力的關(guān)系、動剪模量與動剪應(yīng)變幅的關(guān)系以及阻尼比與動剪應(yīng)變幅的關(guān)系等。本工程共計完成動三軸試驗和共振柱試驗各4組。本次勘察的靜三軸試驗、動三軸試驗和共振柱試驗均委托中國水利水電科學(xué)研究院巖土所完成。對在標(biāo)貫器中采取的級土樣進(jìn)行粘粒（0.005mm）分析。本工程共計完成粘粒分析試驗25組。另外，為了現(xiàn)場觀測碎石的密實度，測定其天然密度

17、，了解壩體下游粉質(zhì)粘土的物理力學(xué)性質(zhì)，本次勘察沿剖面線方向，分別于壩體上部的碎石層和壩體下游的粉質(zhì)粘土中施工探坑各3個，總深度6.80m，大容積法測量碎石天然密度3次，于壩體下游的粉質(zhì)粘土中取探井土樣4件。為盡量減少試樣在運輸過程中的擾動影響，本次勘察過程中在現(xiàn)場設(shè)立了土工試驗室（見圖片12），完成土的常規(guī)物理力學(xué)項目的試驗。對需進(jìn)行特殊項目試驗的土樣現(xiàn)場用塑料樣蓋嚴(yán)格密封，并用膠帶固定，在運輸過程中采用專用土樣箱，箱底及四周放置海棉墊層，以減輕振動時對土樣造成的擾動。11、長期觀測系統(tǒng)的設(shè)置主要包括浸潤線觀測系統(tǒng)和位移與變形觀測系統(tǒng)。浸潤線觀測系統(tǒng)主要用來觀測浸潤線的位置，了解浸潤線的變化規(guī)

18、律，為滲流分析提供依據(jù)。本次勘察共設(shè)置了6個（k1、k3、k7、k9、k11、k13）觀測孔，其中五期子壩上1個，七期子壩上2個，十期子壩上3個。觀測管采用60mm鐵管，管外加噴防銹漆，長度以達(dá)到含水層底面下3.004.00m，下端設(shè)置3.00m沉淀管，上端可逐漸接高，觀測管的透水管段用土工布包扎以防濾料進(jìn)入觀測管（見圖片13），透水管外用中粗砂作濾料充填，管口加蓋護帽以防落物堵塞。位移與變形觀測系統(tǒng)主要用來監(jiān)測壩體的變形情況，從而掌握壩的使用狀態(tài)。位移觀測系統(tǒng)是在壩體上設(shè)置觀測樁點6個，其中五期子壩上2個，七期子壩上2個，十期子壩上2個。該項工作委托魯中冶金礦業(yè)集團公司技術(shù)處完成?？辈禳c主要

19、數(shù)據(jù)詳見附表1。野外施工自2003年3月28日開始，至2003年5月5日結(jié)束。勘察報告于2003年8月22日提交。第2章 自然地理與氣候氣象2.1 自然地理萊蕪市位于山東中部，泰山東麓。東鄰淄博市，西、南靠泰安市，北依濟南市。轄萊城、鋼城2區(qū)，面積2239平方公里，人口121萬人。市區(qū)地理坐標(biāo)為東經(jīng)1171911758，北緯36023633。萊蕪市地勢由東向西傾斜，北、東、南三面又向盆地中部傾斜，自然資源以鐵、銅、金、鉛、煤、鋁土為主，境內(nèi)主要河流為汶河、淄河，鐵路有磁萊線、泰辛線，公路主要有泰萊、萊博等路線，并形成了“三縱四橫”的公路網(wǎng)絡(luò) 。場地位于萊蕪市張家洼鎮(zhèn)，交通便利。2.2 氣候氣象

20、萊蕪市屬暖溫帶大陸性濕潤、半濕潤季風(fēng)氣候，光照充足，四季分明。春季干旱多風(fēng)，夏季高溫多雨，秋季天高氣爽，冬季干冷少雪。年平均氣溫12.5，極端最低氣溫-22.5，出現(xiàn)于1957年2月11日，極端最高氣溫39.2，出現(xiàn)于1967年6月6日。初霜一般在10月21日，終霜多在翌年4月7日，無霜期平均196天，全年日照2629.2小時，日照率59%，總年輻射量124.01千卡/厘米2。降水量多年平均760.9毫米，1964年最多，為1369.6毫米，1981年最小為442毫米，日降水量最大168.8毫米，出現(xiàn)于1975年9月1日。風(fēng)向主要為東北西南，風(fēng)速年平均2.2米/秒，七月份最大，為3.1米/秒，

21、九、十月份最小，為1.6米/秒，瞬時最大為40米/秒，出現(xiàn)于1978年6月30日。最大凍土深度0.50m。第3章 地形地貌與地質(zhì)構(gòu)造3.1 地形地貌xx尾礦壩位于山東省萊蕪市張家洼鎮(zhèn)御駕泉村村北，御駕泉尾礦庫三面環(huán)山，其東側(cè)為鳳凰山，南側(cè)為秦皇寨山，北側(cè)為禿尼子山，海拔250450m，相對標(biāo)高200m，屬低山丘陵區(qū)，壩址區(qū)地層主要由泰山群變質(zhì)巖系和寒武系地層構(gòu)成。南部混合花崗巖分布區(qū)，溝谷發(fā)育，呈垅崗狀低緩丘陵區(qū)。中部為易風(fēng)化破碎的頁巖所組成并零散分布的松散堆積物，沿巖層走向發(fā)育一條主干溝谷。北側(cè)沖溝呈不對稱展布構(gòu)成山間谷地。北部及中部為砂巖及灰?guī)r呈單斜巖層所構(gòu)成的單面山景觀（見圖片14）。本

22、區(qū)第四系松散堆積物厚度較薄且零散分布。總的來說，本區(qū)屬新構(gòu)造運動緩慢上升地區(qū)。3.2 地質(zhì)構(gòu)造3.2.1 地層泰山群變質(zhì)巖系與寒武系地層呈不整合接觸（見圖片15），寒武系地層產(chǎn)狀平緩，總體走向略呈東西向，傾向北北東，產(chǎn)狀ne1015,呈層狀分布，構(gòu)成單斜巖層，在谷地中零散分布著殘坡積坡洪積的第四系堆積物。壩址區(qū)從老到新主要 地層如下：泰山群變質(zhì)巖系art:混合花崗巖（見圖片16）。寒武系下統(tǒng)饅頭組1m:下部為青灰色含燧石結(jié)核中厚層灰?guī)r及含方解石條帶泥質(zhì)灰?guī)r（見圖片17）。 中部為雜色云母頁巖（見圖片18）與泥質(zhì)灰?guī)r互層。頂部為鮮紅色砂質(zhì)云母頁巖（見圖片19）為主，厚度110m。寒武系下統(tǒng)毛莊組

23、2mz:暗紫色砂質(zhì)云 母頁巖為主，中間夾二層中厚層鮞狀灰?guī)r，厚度65m。寒武系中統(tǒng)徐莊組2x: 交錯層發(fā)育的黃褐色厚層細(xì)砂巖（見圖片20）為主，夾黃綠色頁巖，頂部有一層0.50m厚的鐵質(zhì)砂巖，厚度30m。寒武系中統(tǒng)張夏組一段2z1:厚層含海綠石 鮞狀灰?guī)r夾黃綠色頁巖，厚度40m。寒武系中統(tǒng)張夏組二段2z2:黃綠色頁巖（見圖片21）為主夾數(shù)層中厚層灰?guī)r及結(jié)核狀灰?guī)r，厚度92m。寒武系中統(tǒng)張夏組三段2z3: 數(shù)層中厚層灰?guī)r夾黃綠色頁巖，厚度32m。第四系q: 殘坡坡洪積含礫石砂質(zhì)粘土，厚度015m。3.2.2 構(gòu)造本區(qū)位于泰安口鎮(zhèn)、泰安大王莊銅冶店兩條弧形斷裂帶，即“萊蕪弧”由北西往南東延伸的斷裂

24、帶之間，巖層產(chǎn)狀為平緩傾斜的單斜構(gòu)造?；⌒螖嗔咽侨R蕪盆地最為強烈的壓扭性斷裂，沿斷裂強烈的擠壓破碎現(xiàn)象明顯。經(jīng)歷多次活動，扭動方向也比較復(fù)雜，同一條斷裂有不同方向的扭動，而且兩條斷裂的活動方向也不盡相同?；⌒螖嗔鸦顒邮嵌嗥诘?，最早可能發(fā)生在古生代，白堊紀(jì)時期活動強烈，第三紀(jì)仍繼續(xù)強烈活動，盆地大幅度下降，沉積了巨厚的第三系。第四紀(jì)以來仍有活動。燕山期火成巖活動以角閃閃長斑巖脈沿層面順層侵入，活動范圍有限（見附圖1）。本區(qū)構(gòu)造簡單以斷裂為主，斷裂主要受萊蕪弧形壓扭性斷裂的控制，均屬俯沖斷層，規(guī)模均較小，為非全新活動斷層。第4章 壩區(qū)巖土工程條件4.1 壩體的材料組成及其一般沉積規(guī)律4.1.1 壩

25、體的材料組成xx尾礦壩采用上游法筑壩，初期壩為濾水堆石壩（透水壩），主要由碎石、塊石組成，母巖成分為石灰?guī)r、中風(fēng)化蝕變閃長巖和蝕變閃長玢巖以及矽卡巖等。各期子壩主要由來自采礦廠的碎石和尾礦砂、尾礦土組成。4.1.2 尾礦的一般沉積規(guī)律壩體尾礦砂、尾礦土的沉積規(guī)律主要受放礦壓力、放礦量、放礦濃度、放礦地點、放礦時間、放礦地形坡度以及原有地形等多種因素影響。放礦初期，由于放礦壓力、放礦量和放礦坡度均較大，礦液在沿坡面向前流動過程中，尾礦逐漸沉積下來，在水平方向上隨著流程的增大尾礦顆粒逐漸由粗變細(xì)，一般靠近初期壩的沉積物以粗顆粒為主，主要是尾粉細(xì)砂，然后逐漸向庫區(qū)漸變?yōu)榧?xì)粒的尾粉土、尾粉質(zhì)粘土和尾粘

26、土。在垂直方向上，隨著壩體的逐漸加高，目前已堆至第十期子壩，放礦地點不斷變化，放礦時間具有間歇性，放礦量、放礦濃度、放礦壓力等均不固定，尾礦在沉積過程中也表現(xiàn)出明顯的間歇特征，即夾薄層較多，層理明顯，一般隨著深度的增加，尾礦逐漸由顆粒較粗的尾粉細(xì)砂漸變?yōu)榧?xì)顆粒的尾粉土、尾粘土。總之，尾礦的沉積規(guī)律可以歸納為：水平方向上隨著距放礦位置的由近及遠(yuǎn)以及垂直方向上隨著深度的增加，尾礦由顆粒較粗的尾粉細(xì)砂漸變?yōu)榧?xì)顆粒的尾粉土和尾粘土。但由于放礦時間的間歇性等多種因素，因此出現(xiàn)了較多夾層或透鏡體。4.2 壩體碎石的物理力學(xué)性質(zhì)xx尾礦壩初期壩為碎石堆積壩，碎石來源于采礦廠的廢石，母巖成分為閃長巖、蝕變閃長

27、巖、蝕變閃長玢巖、矽卡巖及少量紅板巖。紅板巖風(fēng)化程度較強烈，多已風(fēng)化崩解，手捏即碎，其風(fēng)化物充填于碎石之間，閃長巖多為中風(fēng)化，少量強風(fēng)化，大于2cm的顆粒含量約5070%，顆粒直徑一般330cm，最大可達(dá)80cm以上，以棱角次棱角狀為主，呈松散稍密狀，鉆孔孔壁易坍塌掉塊，顆粒級配不良，分選性較差，顆粒排列基本無規(guī)律，充填少量粘性土和粉細(xì)砂。為了確定該層土的密實程度，本次勘察于4個鉆孔中共進(jìn)行超重型動力觸探試驗29.10m，試驗結(jié)果如下表。表1 超重型動力觸探試驗結(jié)果試驗次數(shù)實測平均值（擊）實測標(biāo)準(zhǔn)值（擊）修正平均值（擊）修正標(biāo)準(zhǔn)值（擊）2912.92.72.01.9為了確定該層土的重度，于該層

28、中挖探井3.00m/3個（s2、s4、s6），并進(jìn)行重度測定，結(jié)果如下表。為了確定該層土的天然坡角，于有代表性的地點進(jìn)行現(xiàn)場天然坡角測量6次，結(jié)果如下表。表2 碎石的重度和天然坡角指標(biāo)次 數(shù)平均值123456重度（kn/m3）21.9518.9820.8220.58天然坡角（）34.038.036.035.039.040.037.0根據(jù)上表結(jié)果，建議碎石層的重度取20.58kn/m3，粘聚力c取0.0kpa，內(nèi)摩擦角取37.0。4.3 壩體尾礦的物理力學(xué)性質(zhì)4.3.1 地層描述本次勘察尾礦砂、尾礦土的分類依據(jù)土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)（gb/t50123-1999）,并參考了上游法尾礦堆積壩工程地質(zhì)勘察

29、規(guī)程（ybj11-86）。根據(jù)巖土工程勘察規(guī)范（gb50021-2001）和本次鉆探結(jié)果，結(jié)合室內(nèi)土工試驗和原位測試結(jié)果，本區(qū)尾礦砂、尾礦土主要有尾粉細(xì)砂、尾粉土、尾粉質(zhì)粘土和尾粘土，現(xiàn)分述如下。1、尾粉細(xì)砂（q4ml）黃褐色，稍密，飽和。顆粒級配良好，分選性較差，呈次棱角亞圓狀，主要礦物成分為長石、石英、角閃石和云母等，局部具微層理，可見粘性土夾層，偶見碎石。具中等壓縮性。主要分布于初期壩的碎石層底部，厚度不均，層底標(biāo)高不穩(wěn)定。2、尾粉土（q4ml）褐黃褐色，中密，很濕。土質(zhì)不甚均勻，具微層理，局部夾薄層粘性土或粉細(xì)砂。搖振反應(yīng)中等，無光澤反應(yīng)，干強度低，韌性低。具中等壓縮性。主要分布于尾粉

30、細(xì)砂層底部，厚度不均，層底標(biāo)高不穩(wěn)定。3、尾粉質(zhì)粘土（q4ml）褐紅褐色，可塑，局部軟塑。土質(zhì)不甚均勻，具微層理，局部夾薄層粉土或粉細(xì)砂。無搖振反應(yīng)，土芯切面稍光滑，干強度中等，韌性中等。具中等偏高壓縮性。主要分布于尾粉土層底部，厚度不均，層底標(biāo)高不穩(wěn)定。4、尾粘土（q4ml）褐紅褐色，可塑，局部軟塑。土質(zhì)不甚均勻，具微層理，局部夾薄層粉土或粉細(xì)砂。無搖振反應(yīng)，土芯切面光滑，干強度高，韌性高。具中等偏高壓縮性。主要分布于尾粉質(zhì)粘土層底部，混合花崗巖上部，厚度不均，層底標(biāo)高不穩(wěn)定。4.3.2 現(xiàn)場室內(nèi)土工試驗1、物理性質(zhì)試驗為了減少土樣在取樣、包裝、運輸過程中的擾動，本次勘察施工采用dpp-10

31、0-3e型汽車鉆，利用快速靜力壓入法取土，取土器為上海金歐生產(chǎn)的tb80a型敞口薄壁取土器，并在現(xiàn)場設(shè)立室內(nèi)土工試驗室，對80件土樣進(jìn)行了物理力學(xué)性質(zhì)常規(guī)試驗，其中液限采用76g圓錐液限儀下沉10mm所對應(yīng)的含水量，塑限采用搓條法，含水量試驗采用烘干法，重度試驗采用環(huán)刀法。試驗結(jié)果如下表。表3 尾礦砂、尾礦土物理性質(zhì)試驗指標(biāo)平均值物理性質(zhì)巖土名稱重 度（kn/m3）干重度d（kn/m3）含水量(%)孔隙比e0飽和度sr(%)液限wl(%)塑性指數(shù)ip液性指數(shù)il尾粉細(xì)砂20.2016.4021.90.60099.0尾粉土20.5016.6024.70.60299.026.28.0尾粉質(zhì)粘土20

32、.0015.8027.80.694100.034.113.20.52尾粘土19.6014.8033.10.815100.042.218.30.502、抗剪強度試驗（1）直接剪切試驗直接剪切試驗包括快剪和固結(jié)快剪，采用儀器為zjy-2型等應(yīng)變直剪儀。土樣直徑61.8mm，高20mm。試驗結(jié)果如下表。表4 尾礦砂、尾礦土直接剪切試驗指標(biāo)平均值試驗方法巖土名稱快剪（q）固結(jié)快剪（cq）粘聚力c(kpa)內(nèi)摩擦角()粘聚力c(kpa)內(nèi)摩擦角()尾粉細(xì)砂7.034.73.035.3尾粉土25.026.764.024.6尾粉質(zhì)粘土87.016.385.021.5尾粘土107.019.6118.019.3

33、（2）三軸剪切試驗三軸剪切試驗包括不固結(jié)不排水剪（uu）、固結(jié)不排水剪（cu）和固結(jié)排水剪（cd），采用的儀器為英國ele公司生產(chǎn)的應(yīng)變控制式三軸儀。該項工作委托中國水利水電科學(xué)研究院巖土所完成。根據(jù)試驗報告，試驗結(jié)果如下。表5 尾礦砂、尾礦土三軸剪切試驗指標(biāo)試驗結(jié)果巖土名稱不固結(jié)不排水（uu）固結(jié)不排水（cu）固結(jié)排水（cd）粘聚力c（kpa）內(nèi)摩擦角（）粘聚力c（kpa）內(nèi)摩擦角（）粘聚力c（kpa）內(nèi)摩擦角（）粘聚力c（kpa）內(nèi)摩擦角（）尾粉細(xì)砂55.59.428.732.615.036.113.436.1尾粉土35.25.90.028.30.933.725.734.9尾粉質(zhì)粘土42.

34、75.625.718.718.026.6尾粘土55.25.738.717.315.926.0根據(jù)三軸固結(jié)排水剪切試驗結(jié)果，代表應(yīng)力應(yīng)變的鄧肯張模型參數(shù)如下表。表6 三軸固結(jié)排水剪切試驗（cd）鄧肯張模型參數(shù)參數(shù)巖土knkbmrfgfd尾粉細(xì)砂1600.60550.490.810.370.161.7尾粉土1640.731320.250.740.460.191.1詳見御駕泉尾礦壩壩體原狀土靜三軸試驗報告（附件1）。3、顆粒分析試驗為確定尾礦砂、尾礦土的顆粒級配及分選性，本次勘察對尾粉細(xì)砂、尾粉土均進(jìn)行了顆粒分析試驗，并計算出其不均勻系數(shù)cu和曲率系數(shù)cs。對粒徑大于0.075mm的土采用篩析法，對

35、粒徑小于0.075mm的土采用密度計法。試驗結(jié)果如下表。表7 尾粉細(xì)砂、尾粉土顆粒分析試驗指標(biāo)平均值試指驗標(biāo)巖土名稱顆 粒 組 成 （%）不均勻系數(shù)cu曲率系數(shù)cs2.0mm2.00.50mm0.500.25mm0.250.075mm0.0750.005mm0.005mm尾粉細(xì)砂0.810.129.428.330.11.416.811.96尾粉土0.00.41.133.464.80.37.860.904、滲透試驗為了解壩體尾礦砂、尾礦土的透水性，為尾礦壩的滲流分析提供參數(shù)，本次勘察對部分尾礦砂、尾礦土試樣進(jìn)行了室內(nèi)滲透試驗。滲透試驗采用變水頭滲透儀（55型滲透儀）。試驗結(jié)果如下表。表8 尾礦砂

36、、尾礦土滲透系數(shù)平均值試驗指標(biāo)巖土名稱滲透系數(shù)kv(cm/s)尾粉細(xì)砂4.4510-5尾粉土1.8210-5尾粉質(zhì)粘土1.4510-7尾粘土4.8610-85、固結(jié)試驗本次勘察對尾礦砂、尾礦土的級土樣進(jìn)行了中壓（最大壓力800kpa）和高壓固結(jié)（最大壓力3200kpa）試驗。固結(jié)試驗采用標(biāo)準(zhǔn)法，儀器為wg-1b型三聯(lián)中壓固結(jié)儀和sgg-10型三聯(lián)高壓固結(jié)儀。固結(jié)系數(shù)的確定采用時間平方根法，先期固結(jié)壓力的確定采用圖解法。試驗結(jié)果如下表。表9 尾礦砂、尾礦土固結(jié)試驗指標(biāo)平均值試驗結(jié)果巖土名稱壓縮系數(shù)1-2(mpa-1)壓縮模量es(mpa)先期固結(jié)壓力pc(kpa)超固結(jié)比ocr固結(jié)系數(shù)cv(10

37、-3cm2/s)200kpa400kpa尾粉細(xì)砂0.266.642800.93040.557.8尾粉土0.208.643760.94841.958.2尾粉質(zhì)粘土0.414.293940.92039.943.4尾粘土0.504.043400.84835.748.94.3.3 原位測試1、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗采用自動脫鉤法，貫入器打入15cm后，開始記錄每10cm擊數(shù)，累積打入30cm的錘擊數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗錘擊數(shù)。尾礦砂、尾礦土的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗結(jié)果如下表。表10 尾礦砂、尾礦土標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗錘擊數(shù)平均值試驗指標(biāo)巖土名稱實測平均（擊）實測標(biāo)準(zhǔn)（擊）修正平均（擊）修正標(biāo)準(zhǔn)（擊）尾粉細(xì)砂6.35.64.

38、94.4尾粉土9.06.3尾粉質(zhì)粘土14.412.610.18.8尾粘土7.35.15.33.72、孔壓靜力觸探試驗孔壓靜力觸探試驗采用wsy型孔壓靜力觸探儀，在測試錐尖阻力和側(cè)壁摩阻力的同時測量孔隙水壓力，并在預(yù)定深度進(jìn)行孔壓消散試驗。試驗結(jié)果如下表。表11 尾礦砂、尾礦土孔壓靜力觸探試驗指標(biāo)平均值試驗指標(biāo)巖土名稱錐尖阻力qc(mpa)側(cè)壁摩阻力fs(mpa)比貫入阻力ps(mpa)最大孔隙水壓力umax(mpa)尾粉細(xì)砂2.490.0422.7590.500尾粉土3.260.0523.598尾粉質(zhì)粘土1.030.0311.2320.915尾粘土1.320.0351.5413、十字板剪切試驗

39、十字板剪切試驗采用ws-k型貫入式電測十字板剪力儀，測定飽和尾粘土的不排水抗剪強度，包括原狀土的不排水抗剪強度和重塑土的不排水抗剪強度，并測求靈敏度。試驗結(jié)果如下表。表12 尾粘土十字板剪切試驗指標(biāo)平均值試驗次數(shù)原狀土的不排水抗剪強度cu(kpa)重塑土的不排水抗剪強度cu(kpa)靈敏度st1050.834.61.54.4 壩體尾礦的動力性質(zhì)4.4.1 動三軸試驗動三軸試驗的目的是測定尾礦砂、尾礦土的動力特性指標(biāo)及其抗液化強度。壩體材料在飽和固結(jié)不排水狀態(tài)下，地震作用會導(dǎo)致它們的抗剪強度降低，在等效振動一次時，其地震總應(yīng)力抗剪強度與初始應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。本次勘察壩體材料的動強度試驗委托中國水利水

40、電科學(xué)研究院巖土所完成。試驗儀器為日本s-3-d中型液壓振動三軸儀，試樣尺寸采用50100mm。動強度是土相應(yīng)于某一破壞標(biāo)準(zhǔn)的動抗剪強度，本次試驗對壩體材料進(jìn)行了飽和非等向固結(jié)情況的動強度試驗，以5%軸向應(yīng)變作為破壞標(biāo)準(zhǔn)，動強度試驗采用了一種固結(jié)比：kc=1.5，兩種固結(jié)壓力：100kpa、400kpa，等效振動周次取n=10次、20次。試驗結(jié)果如下表。表13 原狀土地震總應(yīng)力抗剪強度參數(shù)參數(shù)巖土名稱等效振次n（次）初始有效法向應(yīng)力fo(kpa)地震總應(yīng)力抗剪強度粘聚力cd(kpa)地震總應(yīng)力抗剪強度內(nèi)摩擦角d()尾粉細(xì)砂10011015.027.211044026.922.120011015

41、.026.811044026.921.6尾粉土1001110.930.21114449.726.62001110.928.91114449.725.4尾粉質(zhì)粘土10011418.023.311445522.321.020011418.022.811445523.820.9尾粘土10011415.923.411445619.521.820011415.922.411445619.520.8表14 原狀土動強度試驗結(jié)果參數(shù)巖土名稱試驗指標(biāo)尾粉細(xì)砂=36.1尾粉土=33.7尾粉質(zhì)粘土=26.6尾粘土=26.0固結(jié)比kc1.51.51.51.51.51.51.51.5有效側(cè)向壓力3(kpa)10040

42、0100400100400100400平均有效主應(yīng)力0(kpa)12550012550012550012550045剪切面上的初始剪應(yīng)力0(kpa)25100251002510025100初始剪應(yīng)力f0(kpa)20.280.820.883.222.489.422.589.9初始有效法向應(yīng)力f0(kpa)110.3441.1111.1444.5113.8455.2114.0456.2初始剪應(yīng)力比f0/f00.1830.1870.1960.197等效振次nf=10動剪應(yīng)力比/00.510.310.430.360.400.240.380.25動力抗剪強度f(kpa)51.5125.244.7149

43、.844.7107.342.7112.4地震總應(yīng)力抗剪強度fs(kpa)71.720665.523367.1196.765.2202.2等效振次nf=20動剪應(yīng)力比/00.500.300.400.330.390.240.360.23動力抗剪強度f(kpa)50.5121.241.6137.343.6107.340.4103.4地震總應(yīng)力抗剪強度fs(kpa)70.720262.4220.565.9196.762.9193.2詳見御駕泉尾礦壩壩體原狀土動力特性試驗報告（附件2）。4.4.2 共振柱試驗動力變形特性試驗參數(shù)是動力反應(yīng)分析的基本依據(jù)之一，它反應(yīng)了在動荷載作用下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的非線性和

44、粘滯性特征。本次勘察壩體材料的動力變形特性試驗委托中國水利水電科學(xué)研究院巖土所完成。動力變形特性試驗的儀器為dtc-158型共振柱儀，采用的試樣尺寸為50100mm，最大側(cè)向壓力為0.8mpa，最大垂直荷重為5kn，可測試的動剪應(yīng)變幅范圍為10-610-3。本次試驗壩體材料的有效圍壓力均采用100kpa、200kpa、400kpa，固結(jié)比kc采用1.5。動力變形特性試驗結(jié)果如下表。表15 尾粉細(xì)砂的數(shù)值化動力變形特性參數(shù)固結(jié)比kc=1.5圍壓力3100kpa200kpa400kpa100kpa200kpa400kpa參數(shù)剪應(yīng)變動剪模量比g/gmax(%)阻尼比d(%)110-610010010

45、03.122.532.23210-699.5799.6399.793.132.542.24510-698.3198.5299.153.152.582.27110-596.2896.7498.123.202.642.32310-588.8088.9994.223.372.912.52510-582.5382.8390.673.543.162.72110-470.9071.4483.013.983.793.22310-446.7650.8663.385.846.035.17510-436.6140.9852.717.867.877.03110-327.6130.0037.6513.6012.731

46、1.34表16 尾粉土的數(shù)值化動力變形特性參數(shù)固結(jié)比kc=1.5圍壓力3100kpa200kpa400kpa100kpa200kpa400kpa參數(shù)剪應(yīng)變動剪模量比g/gmax(%)阻尼比d(%)110-61001001002.722.612.51210-699.5499.6499.752.742.622.53510-698.1798.5899.022.812.662.56110-595.9796.8597.822.922.722.63310-588.1490.5293.333.352.972.87510-581.5484.9689.273.773.213.12110-468.8573.658

47、0.624.794.213.72310-443.3648.0158.988.386.555.99510-432.4735.5747.4111.179.048.02110-321.4521.5333.7214.6312.9912.03表17 尾粉質(zhì)粘土的數(shù)值化動力變形特性參數(shù)固結(jié)比kc=1.5圍壓力3100kpa200kpa400kpa100kpa200kpa400kpa參數(shù)剪應(yīng)變動剪模量比g/gmax(%)阻尼比d(%)110-61001001003.403.373.31210-699.6099.7699.813.423.383.31510-698.4299.0399.243.473.413.

48、33110-596.5297.8498.303.563.473.36310-589.6593.3794.733.913.693.49510-583.7589.2891.424.263.913.61110-472.1280.4784.135.094.453.93310-447.5657.6864.248.046.645.32510-436.6044.9352.4210.358.846.87110-325.4728.8936.9013.3213.0011.44表18 尾粘土的數(shù)值化動力變形特性參數(shù)固結(jié)比kc=1.5圍壓力3100kpa200kpa400kpa100kpa200kpa400kpa參數(shù)

49、剪應(yīng)變動剪模量比g/gmax(%)阻尼比d(%)110-61001001003.173.012.01210-699.6799.7499.763.193.022.02510-698.7098.9799.063.223.042.05110-597.1297.7197.913.293.082.10310-591.3492.9893.573.533.242.29510-586.2686.6989.613.773.392.48110-475.9377.5081.094.363.792.95310-452.6656.1959.146.405.414.80510-441.6243.4346.937.957.

50、096.57110-328.1028.6531.7110.7510.6410.49詳見御駕泉尾礦壩壩體原狀土動力特性試驗報告（附件2）。4.5 壩底巖土物理力學(xué)性質(zhì)4.5.1 地層描述1、粉質(zhì)粘土（q4al+pl）褐黃色，硬塑堅硬。土質(zhì)不甚均勻，偶見混合花崗巖碎塊，局部粉粒含量較高。無搖振反應(yīng)，土芯切面稍光滑，干強度中等，韌性中等。具中等壓縮性，屬超固結(jié)土。主要分布于混合花崗巖之上和壩前裸露部位，上覆少量耕植土，含大量植物根系。2、混合花崗巖（art）褐黃色，粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分石英、長石等，巖芯呈短柱狀、碎塊狀，采取率約60%，頂面少量風(fēng)化強烈已成砂土狀。4.5.2 現(xiàn)場室內(nèi)土工試驗壩底粉質(zhì)粘土的室內(nèi)土工試驗主要包括：基本物理試驗、壓縮試驗、界限含水量試驗、滲透試驗、直接剪切試驗、三軸不固結(jié)不排水剪切試驗等。試驗結(jié)果如下表。表19 壩底粉質(zhì)粘土主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)平