尾矿坝渗流稳定性研究进展

doi:10.11988/ckyyb.20231272

摘要/Abstract

摘要：

渗流场是诱发尾矿坝渗流失稳的主要影响因素。加强尾矿坝渗流稳定性研究是保障尾矿坝安全的重要基础,有利于降低尾矿坝溃坝风险。基于国内外的相关研究资料,从尾矿坝的渗流失稳破坏类型与影响因素、渗流稳定性分析方法以及安全监测预警研究三大方向进行综述,指出了尾矿坝渗流稳定性研究中存在渗透破坏判别方法研究不足、缺乏对渗流场影响因素的系统性研究、宏-细观多尺度模型试验测量手段及其概化分区方法的研究不足,以及缺乏综合性稳定分析与评价方法及安全监测预警技术等方面的问题。针对当前尾矿坝渗流稳定性研究存在的不足,提出尾矿坝渗流稳定性研究领域有待深入探讨的问题,为今后重点研究提供思路。

关键词: 尾矿坝, 渗流稳定性, 渗流场, 安全监测, 研究进展

Abstract:

Seepage field is a primary factor inducing the seepage instability of tailings dams. Intensifying research on the seepage stability of tailings dams is crucial for ensuring their safety and reducing the risk of dam failure. This paper reviews relevant domestic and international research data from the following perspectives: seepage instability failure types and influencing factors, seepage stability analysis methods, and safety monitoring and early-warning. It points out the existing problems in the research on seepage stability of tailings dams, including the lack of research on seepage failure discrimination techniques, insufficient comprehensive investigations into the factors affecting the seepage field, deficiencies in macro-micro multi-scale model experimental measurement methods and their generalized zoning, and the inadequacy of comprehensive stability analysis and evaluation methods, as well as safety monitoring and early-warning technologies. Given these deficiencies, this paper further clarifies future research priorities and issues requiring in-depth discussion, providing insights for future research.

Key words: tailings dams, seepage stability, seepage field, safety monitoring, research progress

中图分类号:

TV649其他

梁冰, 曾勇, 易富, 杜常博. 尾矿坝渗流稳定性研究进展[J]. 长江科学院院报, 2025, 42(3): 107-117.

LIANG Bing, ZENG Yong, YI Fu, DU Chang-bo. Advances in Research of Seepage Stability of Tailings Dams[J]. Journal of Changjiang River Scientific Research Institute, 2025, 42(3): 107-117.

图/表 7

表1 尾矿分类[12]

Table 1 Classification of tailings[12]

类别	名称	分类标准
砂性尾矿	尾砾砂	粒径>2 mm颗粒占总质量的25%~50%
	尾粗砂	粒径>0.5 mm颗粒超过总质量的50%
	尾中砂	粒径>0.25 mm颗粒超过总质量的50%
	尾细砂	粒径>0.075 mm颗粒超过总质量的85%
	尾粉砂	粒径>0.075 mm颗粒超过总质量的50%
粉性尾矿	尾粉土	粒径>0.075 mm颗粒不超过总质量的50%,且塑性指数≤10
黏性尾矿	尾粉质黏土	10<塑性指数≤17
黏性尾矿	尾黏土	塑性指数>17

表2 渗流破坏的主要类型

Table 2 Major types of seepage damage

项目	流土型
土类	渗透性能强,任何土均可发生	一般发生在分散性土或特定级配的无黏性土
位置	水流渗出的表层	渗流口处、坝体内部
现象	尾砂的移动使尾矿坝失稳,导致坝体整体性溃决	尾砂沿着颗粒骨架间的孔道移动,形成通道,不断扩展,形成溃口,造成坝体溃坝
原因	渗透力足够大	粗、细颗粒骨架形成的孔隙
后果	下游坡面产生局部滑动等	结构发生塌陷或溃口

表3 渗流破坏的主要判别方法[21⇓-23]

Table 3 Main discriminatory methods for seepage damage[21⇓-23]

提出者	判别方法	判别准则
伊斯托明娜 (Istomina)	不均匀系数法	C_u<10为流土破坏 10≤C_u≤20为过渡破坏 C_u>20为管涌破坏
中国水利水电科学研究院刘杰	细料含量法	P_z<25%为管涌破坏 25%≤P_z<35%为过渡破坏 P_z≥35%为流土破坏
南京水利科学研究院沙金煊	修正细粒含量法	P'_z=a $\frac{\sqrt{n}}{1 + \sqrt{n}}$ ≥P_z 满足上式,为管涌破坏; 反之,为流土破坏
甫拉维登	细料粒径比较法	$\frac{d_{3}}{d_{17}}$ ≥0.41 $\sqrt[6]{C_{u}} \frac{n}{1 - n}$ ; 满足上式,为管涌破坏; 反之,为流土破坏
中国水利水电科学研究院	孔隙直径比较法	D₀>d₅为管涌破坏 d₃≤D₀≤d₅为过渡破坏 D₀<d₃为流土破坏
水利水电科学研究院	综合判别法	综合考虑以上几种方法的优缺点

表3 渗流破坏的主要判别方法[21⇓-23]

Table 3 Main discriminatory methods for seepage damage[21⇓-23]

提出者	判别方法	判别准则
伊斯托明娜 (Istomina)	不均匀系数法	C_u<10为流土破坏 10≤C_u≤20为过渡破坏 C_u>20为管涌破坏
中国水利水电科学研究院刘杰	细料含量法	P_z<25%为管涌破坏 25%≤P_z<35%为过渡破坏 P_z≥35%为流土破坏
南京水利科学研究院沙金煊	修正细粒含量法	P'_z=a $\frac{\sqrt{n}}{1 + \sqrt{n}}$ ≥P_z 满足上式,为管涌破坏; 反之,为流土破坏
甫拉维登	细料粒径比较法	$\frac{d_{3}}{d_{17}}$ ≥0.41 $\sqrt[6]{C_{u}} \frac{n}{1 - n}$ ; 满足上式,为管涌破坏; 反之,为流土破坏
中国水利水电科学研究院	孔隙直径比较法	D₀>d₅为管涌破坏 d₃≤D₀≤d₅为过渡破坏 D₀<d₃为流土破坏
水利水电科学研究院	综合判别法	综合考虑以上几种方法的优缺点

图1 尾矿坝多场耦合相互作用

Fig.1 Multi-field coupled interaction of tailings dams

表4 降雨条件下尾矿坝渗流稳定性研究结果

Table 4 Seepage stability of tailings dam under rainfall conditions

文献序号	影响因素	分析结果
[44]	前期降雨	在前期降雨下尾矿坝安全系数持续下降
[45]	降雨持时	一定降雨强度下,随着降雨时间的推移,尾矿坝安全系数随降雨量增大而减小
[46]、[47]	连续降雨	连续降雨使尾砂逐渐趋于饱和,尾矿坝浸润线迅速上升
[48]	降雨重现	尾矿坝安全系数、可靠度指标均与降雨重现期成正比
[49]	降雨强度和持时	坝体孔隙水压力与降雨强度、持时均呈正相关,其安全系数随降雨持时迅速下降并最终趋于稳定

表5 渗流堆积坝物理模型试验

Table 5 Physical model tests of seepage-accumulation dams

文献序号	试验内容	尺寸 (长×宽×高)	比例尺	材料
[34]	研究粗、细尾矿在筑坝过程中的渗流规律	7 m×3 m×1.5 m	1:200	粗、细粒尾矿
[61]	探讨初期坝透水性、坝体下游坡比、干滩长度对渗流场的影响	3 m×1 m×1.2 m	1:200	粉煤灰
[67]	研究尾砂的分布与沉积特征、坝体浸润线的埋深及变化规律	7 m×2.5 m×1.5 m	1:200	铜尾砂
[68]	研究渗流破坏下尾矿库溃坝过程、溃口发展以及尾砂沉积规律	1 m×0.2 m×0.3 m	1:100	原尾矿砂

图2 安全监测系统示意图

Fig.2 Schematic diagram of safety monitoring system

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