CN116104052A - 膏体碱渣安全采挖方法及坝体拆除方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种膏体碱渣安全采挖方法及坝体拆除方法，该方法包括：确定目标坝体各危险性断面的安全稳定系数；根据危险性断面的安全稳定系数将目标坝体划分为多个危险性分区，并确定每个危险性分区的危险等级；对目标坝体内的碱渣体进行分层采挖，紧邻每个危险性分区预留预设宽度和预设边坡角的碱渣体，在同一分层危险性分区的危险等级越高，危险性分区预留的碱渣体的预设宽度越大，同一危险性分区在不同分层对应的预设宽度从上到下依次增大。本发明通过预留碱渣体加强坝体稳定性，提高膏体碱渣采挖过程中坝体的安全性；根据坝体不同区段的安全稳定性，对坝体进行不同保护，细化安全保护粒度，有效保证采挖过程中坝体全区段的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及坝体安全防护技术领域，尤其涉及一种膏体碱渣安全采挖方法及坝体拆除方法。
背景技术
坝体一般指截河拦水的堤堰，水库、江河等的拦水大堤。按照不同的分类依据可以有不同的分类法，工程上主要分为重力坝、拱坝、土石坝与堆石坝。对于固体矿山(金属与非金属矿山)开采留下的泥浆与废矿渣叫尾矿，堆积尾矿的地方筑一个坝防止它成为泥石流，就是尾矿库。尾矿库坝里面是泥浆与矿渣，尾矿库的坝叫尾矿库子坝。
碱渣池及碱渣坝体类似于尾矿库，碱渣是指工业生产中制碱和碱处理过程中排放的碱性废渣，包含铵碱法制碱过程中排放的废渣和其它工业生产过程排放的碱性废渣。碱渣成份主要包括碳酸钙、硫酸钙、氯化钙等钙盐为主要组分的废渣，还含有少量的二氧化硫等成份。一般情况下，碱渣采取地表堆积的处理方式，碱渣的排放一般采用管道水利输送至碱渣堆积区，大量的碱渣沉积后形成一片白海。
碱厂制作工业用碱或食用碱产生的碱渣体一般排放至距离碱厂较近、位于城市边缘的碱渣排放区域，随着大量碱渣的堆积，为防止碱渣在强降雨等条件下形成灾害性的泥石流，需要在碱渣排场区域的外围根据当地用料的便利性，由碎石、黏土、粉煤灰和碱渣等材料分级堆积、碾压筑成外围的碱渣坝体，此种方式筑成的碱渣坝坝体断面呈梯形，坝体均匀性较差。伴随着生态环境意识的日益提高，当碱渣库区服务一定年限后需要拆除。由于碱渣体成粉末膏体状，且具有一定的吸水及含水特性，为碱渣池内的绞吸船抽排及外围坝体的拆除提供了可能性。
目前对金属与非金属矿山的尾矿堆积库区的采挖回收工艺常见有干式回采和湿式回采两种工艺。对于采用挖掘机等干式的尾矿库及坝体的回采工艺，直接对全区或分区域进行尾矿库内的水体疏降，后续借助临时道路及挖掘机械等进行尾矿的有序回采，影响坝体安全性；对于采用绞吸船等湿式尾矿的回采工艺，现有技术一般只针对采砂船及采掘带的划分及作业方式进行考虑，或从浆液的浓度及输送流程开展研究，或从绞吸船本身的制作工艺进行改进来降低对坝体安全性的影响，对所有坝体采用统一方式进行安全性维护，而实际上坝体不同位置的稳定性不同，不能对坝体安全性进行细粒度保护性拆除。
发明内容
本发明提供一种膏体碱渣安全采挖方法及坝体拆除方法，用以解决现有技术中碱渣采挖影响坝体安全性，不能对坝体安全性进行细粒度保护性拆除的缺陷，实现根据坝体不同位置的稳定性，对膏体碱渣分层分台阶采挖，对坝体安全性进行细粒度保护，提高碱渣采挖过程中的坝体安全性。
本发明提供一种膏体碱渣安全采挖方法，包括：
确定目标坝体的每个危险性断面的安全稳定系数；
根据所述目标坝体的危险性断面的安全稳定系数，将所述目标坝体划分为多个危险性分区，并确定每个危险性分区的危险等级；
对所述目标坝体内的碱渣体进行分层采挖，在紧邻每个危险性分区预留预设宽度和预设边坡角的碱渣体，在同一分层所述危险性分区的危险等级越高，所述危险性分区预留的碱渣体的预设宽度越大，同一所述危险性分区在不同分层对应的预设宽度从上到下依次增大。
根据本发明提供的一种膏体碱渣安全采挖方法，所述安全稳定系数包括每个危险性断面在正常运行工况时的最小安全性系数和考虑地震荷载时的最小安全性系数，所述危险等级包括第一危险等级、第二危险等级和第三危险等级；
所述根据所述目标坝体的危险性断面的安全稳定系数，将所述目标坝体划分为多个危险性分区，并确定每个危险性分区的危险等级的步骤包括：
在连续多个危险性断面在正常运行工况时的最小安全性系数小于第一预设阈值，且考虑地震荷载时的最小安全性系数小于第二预设阈值的情况下，根据所述连续多个危险性断面确定所述第三危险等级的危险性分区；
在连续多个危险性断面在正常运行工况时的最小安全性系数大于或等于所述第一预设阈值，且考虑地震荷载时的最小安全性系数小于所述第二预设阈值的情况下，根据所述连续多个危险性断面确定所述第二危险等级的危险性分区；
在连续多个危险性断面在正常运行工况时的最小安全性系数大于或等于所述第一预设阈值，且考虑地震荷载时的最小安全性系数大于或等于所述第二预设阈值的情况下，根据所述连续多个危险性断面确定所述第一危险等级的危险性分区。
根据本发明提供的一种膏体碱渣安全采挖方法，所述根据所述目标坝体的危险性断面的安全稳定系数，将所述目标坝体划分为多个危险性分区，并确定每个危险性分区的危险等级的步骤包括：
在任一危险性断面在正常运行工况时的最小安全性系数大于或等于所述第一预设阈值，且考虑地震荷载时的最小安全性系数小于所述第二预设阈值的情况下，根据所述任一危险性断面的周边建筑物赋存情况和溃坝后对周边环境的影响程度，确定是否将所述任一危险性断面对应的区域划分为所述第一危险等级或第三危险等级的危险性分区。
根据本发明提供的一种膏体碱渣安全采挖方法，在所述对所述目标坝体内的碱渣体进行分层采挖，在紧邻每个危险性分区预留预设宽度和预设边坡角的碱渣体的步骤之后，还包括：
将当前待采挖的分层预留的碱渣体和所述当前待采挖的分层上面的所有分层预留的碱渣体作为所述目标坝体的组成部分，重新确定每个危险性分区对应的危险性断面的安全稳定系数；
在任一危险性分区对应的危险性断面的安全稳定系数不符合预设条件的情况下，将所述任一危险性分区在当前待采挖的分层对应的预设宽度增加预设值，直到所述任一危险性分区对应的危险性断面的安全稳定系数符合所述预设条件。
根据本发明提供的一种膏体碱渣安全采挖方法，在所述确定目标坝体的每个危险性断面的安全稳定系数的布置之前，还包括：
根据所述目标坝体每个断面的高度、下游坝体坡比、孔隙发育特征、地层赋存情况和下游周边是否存在周边建筑物，初步确定每个断面是否为潜在危险断面；
根据每个潜在危险断面的上游坝体坡比，初步确定每个潜在危险断面是否为危险性断面。
根据本发明提供的一种膏体碱渣安全采挖方法，在所述根据目标坝体每个断面的高度、下游坝体坡比、孔隙发育特征、地层赋存情况和下游周边是否存在周边建筑物，初步确定每个断面是否为潜在危险断面的步骤之前，还包括：
基于地质雷达探测所述目标坝体的断面、下游坡面轮廓和上游坡面轮廓；
根据所述下游坡面轮廓确定所述下游坝体坡比，根据所述上游坡面轮廓确定所述上游坝体坡比；
基于所述地质雷达和地质钻探结果，获取所述目标坝体的每个断面的地层赋存情况；
基于所述地质雷达探测每个断面是否存在孔隙，并探测存在孔隙的断面的孔隙发育特征。
根据本发明提供的一种膏体碱渣安全采挖方法，所述基于所述地质雷达和地质钻探结果，获取所述目标坝体的每个断面的地层赋存情况的步骤包括：
对所述目标坝体的每个断面每隔预设距离进行地质钻探，获取每个钻探点的地层赋存情况，所述地层赋存情况包括各岩土层的厚度和类别；
对相邻两个钻探点之间的每个探测点使用所述地质雷达进行探测，根据所述地质雷达反射的电磁波的波速和各岩土层的介电常数，确定每个探测点对应的各岩土层的厚度；
根据距离每个探测点最近的钻探点对应的各岩土层的类别，确定每个探测点对应的各岩土层的类别。
根据本发明提供的一种膏体碱渣安全采挖方法，所述确定目标坝体的每个危险性断面的安全稳定系数的步骤包括：
对所述目标坝体的探测结果进行处理和分析，得到每个危险性断面的各岩土层的类别、孔隙率和电阻率；
基于预先确定的每个不同孔隙率的岩土层与无损伤坝体的岩土层的电阻率比值，以及每个不同孔隙率的岩土层与所述无损伤坝体的岩土层的物理力学性质参数比值之间的对应关系，根据每个危险性断面的各岩土层的孔隙率和电阻率确定各岩土层对应的物理力学性质参数比值；
将各岩土层的类别对应的物理力学性质参数乘以各岩土层对应的物理力学性质参数比值，根据各岩土层对应的乘积按照相关规程规范确定每个危险性断面的安全稳定系数。
根据本发明提供的一种膏体碱渣安全采挖方法，在所述基于预先确定的每个不同孔隙率的岩土层与无损伤坝体的岩土层的电阻率比值，以及每个不同孔隙率的岩土层与所述无损伤坝体的岩土层的物理力学性质参数比值之间的对应关系，根据每个危险性断面的各岩土层的孔隙率和电阻率确定各岩土层对应的物理力学性质参数比值的步骤之前，还包括：
使用地质雷达对所述无损伤坝体进行探测，获取所述无损伤坝体的各岩土层的电阻率；
使用所述地质雷达对所述目标坝体进行探测，获取所述目标坝体的不同孔隙率的各岩土层的电阻率；
确定不同孔隙率的各岩土层的电阻率与所述无损伤坝体的各岩土层的电阻率之间的电阻率比值；
对所述无损伤坝体的各岩土层的取样土体进行物理力学性质测试，获取所述无损伤坝体的各岩土层的物理力学性质参数；
对所述目标坝体的不同孔隙率的各岩土层的取样土体进行物理力学性质测试，获取不同孔隙率的各岩土层的物理力学性质参数；
确定不同孔隙率的各岩土层的物理力学性质参数与所述无损伤坝体的各岩土层的物理力学性质参数之间的物理力学性质参数比值；
建立每个孔隙率的岩土层与所述无损伤坝体的岩土层的电阻率比值，以及每个孔隙率的岩土层与所述无损伤坝体的岩土层的物理力学性质参数比值之间的对应关系。
本发明还提供一种坝体拆除方法，应用于上述任一所述的膏体碱渣安全采挖方法，包括：
在目标坝体内碱渣体的每个分层采挖后，确定所述目标坝体的每个危险性分区当前预留的碱渣体对应的分层总数量；
在所述分层总数量达到第三预设阈值时，将每个危险性分区当前最上一层预留的碱渣体和所述碱渣体对应的最上一层目标坝体拆除。
本发明提供的膏体碱渣安全采挖方法及坝体拆除方法，通过对坝体内的碱渣体进行分层分台阶采挖，将预留的分层分台阶碱渣体作为坝体的一部分加强坝体稳定性，提高膏体碱渣采挖过程中坝体的安全性；根据坝体的每个危险性断面的安全稳定系数对目标坝体进行危险性分区，危险性分区的危险等级越高，在每层预留的碱渣体台阶的宽度越大，从而实现根据坝体不同区段的安全稳定性，对坝体危险等级不同的区段进行不同程度的保护，对坝体安全跋扈粒度进行细化，有效保证碱渣采挖过程中坝体所有区段的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的膏体碱渣安全采挖方法的流程示意图；
图2是本发明提供的膏体碱渣安全采挖方法中分层分台阶采挖的结构示意图；
图3是本发明提供的膏体碱渣安全采挖方法中碱渣坝体危险性分区结果示意图；
图4是本发明提供的坝体拆除方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1描述本发明的一种膏体碱渣安全采挖方法，包括：
步骤101，确定目标坝体的每个危险性断面的安全稳定系数；
目标坝体为需要进行膏体碱渣安全采挖的碱渣坝。碱渣坝的坝体在使用一定年限后，由于排水、渗漏等原因导致碱渣与筑坝材料混合，坝体的原有结构发生了改变，进而导致其稳定性发生了变化。
根据目标坝体的断面特征从目标坝体的断面中筛选出危险性断面。
危险性断面的安全稳定系数用于表征危险性断面的安全稳定程度。本实施例不限于安全稳定系数的计算方法。
步骤102，根据所述目标坝体的危险性断面的安全稳定系数，将所述目标坝体划分为多个危险性分区，并确定每个危险性分区的危险等级；
将属于同一范围的安全稳定系数对应的连续危险性断面划分为同一个危险性分区。危险性断面的安全稳定系数越小，划分的危险性分区的危险等级越高。
步骤103，对所述目标坝体内的碱渣体进行分层采挖，在紧邻每个危险性分区预留预设宽度和预设边坡角的碱渣体，在同一分层所述危险性分区的危险等级越高，所述危险性分区预留的碱渣体的预设宽度越大，同一所述危险性分区在不同分层对应的预设宽度从上到下依次增大。
参照坝体危险性分区结果，为对后期碱渣池内的碱渣进行充水后绞吸船抽排及坝体的安全拆除，提出对各安全影响分区内采用分层分台阶的开采工艺。
在紧邻目标坝体区域预留一定宽度的碱渣体，利用台阶状的预留碱渣体降低绞吸船抽排碱渣过程中对坝体的影响程度，从而实现碱渣体及坝体的安全采挖。
例如，考虑施工控制以及不确定因素的影响，采用分层抽采的工艺，第一分层抽采碱渣层厚度为1.3m。对于碱渣坝体的高风险区段，在碱渣池内靠近目标坝体区域的第一分层预留20m宽度的碱渣以提高坝体的安全性；对于中风险区段，在碱渣池内靠近目标坝体区域的第一分层预留15m宽度的碱渣以提高坝体的安全性；对于低风险区段，在碱渣池内靠近坝体区域的第一分层预留10m宽度的碱渣以提高坝体的安全性。
确定第二分层抽采碱渣层厚度为1.5m，对于碱渣坝体的高风险区段，在碱渣池内靠近目标坝体区域的第二分层预留40m宽度的碱渣以提高坝体的安全性；对于中风险区段，在碱渣池内靠近目标坝体区域的第一分层预留30m宽度的碱渣以提高坝体的安全性；对于低风险区段，在碱渣池内靠近坝体区域的第一分层预留20m宽度的碱渣以提高坝体的安全性。
本实施例为避免形成陡峭台阶，每个碱渣抽采分层均预留一定宽度的碱渣作为坝体一部分以确定碱渣抽排过程中的坝体安全稳定性，最终坝体周边形成了下游为已知坡比的坝体、上游为一定坡比的台阶状的碱渣，共同实现了碱渣抽排过程中的坝体安全稳定性，如示意图2所示。
在对碱渣体进行分层分台阶采挖后，对边坡平台进行预处理。平台顶部分层回填分层压实，布置设备进场区域的道路及组装场地等。
对于压实度不能满足要求的地段，应采取掺加石灰搅拌改善土源、翻晒、换土等措施。施工准备包括道路及设备铺装人员的准备，包括技术人员、电工、挖泥船操作人员、测量员、安全员和后勤人员等，以及采挖系统的准备，包括水上挖掘机、岸上挖掘机、分体式绞吸船、吊车、运输汽车、离心泵、输水管线、输碱渣浆液管、连接件、应急救援车辆和测量设备等。
在目标坝体顶面进行吊车准备、绞吸船分体运输和绞吸船拼装等工序。开挖绞吸船作业工作面的沟槽、离心泵调试、沟槽内注水、绞吸船进入作业沟槽、HDPE(High DensityPolyethylene，高密度聚乙烯)管拼装和绞吸船抛泥作业等。
本实施例通过对坝体内的碱渣体进行分层分台阶采挖，将预留的分层分台阶碱渣体作为坝体的一部分加强坝体稳定性，提高膏体碱渣采挖过程中坝体的安全性；根据坝体的每个危险性断面的安全稳定系数对目标坝体进行危险性分区，危险性分区的危险等级越高，在每层预留的碱渣体台阶的宽度越大，从而实现根据坝体不同区段的安全稳定性，对坝体危险等级不同的区段进行不同程度的保护，对坝体安全跋扈粒度进行细化，有效保证碱渣采挖过程中坝体所有区段的安全性。
在上述实施例的基础上，本实施例中所述安全稳定系数包括每个危险性断面在正常运行工况时的最小安全性系数和考虑地震荷载时的最小安全性系数，所述危险等级包括第一危险等级、第二危险等级和第三危险等级；
第一危险等级为低风险，第二危险等级为中风险，第三危险等级为高风险。
所述根据所述目标坝体的危险性断面的安全稳定系数，将所述目标坝体划分为多个危险性分区，并确定每个危险性分区的危险等级的步骤包括：
在连续多个危险性断面在正常运行工况时的最小安全性系数小于第一预设阈值，且考虑地震荷载时的最小安全性系数小于第二预设阈值的情况下，根据所述连续多个危险性断面确定所述第三危险等级的危险性分区；
可选地，第一预设阈值为1.25，第二预设阈值为1.10。
在正常运行工况和考虑地震工况时，危险性断面的最小安全系数均不满足规范要求，即正常运行时，危险性断面的最小安全系数小于1.25；考虑地震荷载时，危险性断面的最小安全系数小于1.10，将危险性断面划定为高风险分区。
在连续多个危险性断面在正常运行工况时的最小安全性系数大于或等于所述第一预设阈值，且考虑地震荷载时的最小安全性系数小于所述第二预设阈值的情况下，根据所述连续多个危险性断面确定所述第二危险等级的危险性分区；
正常运行工况时，危险性断面的最小安全系数满足规范要求，且考虑地震荷载时，危险性断面的最小安全系数不满足规范要求，即正常运行时，危险性断面的最小安全系数大于或等于1.25；考虑地震荷载时，剖面的最小安全系数小于1.10，将危险性断面划定为中风险分区。
在连续多个危险性断面在正常运行工况时的最小安全性系数大于或等于所述第一预设阈值，且考虑地震荷载时的最小安全性系数大于或等于所述第二预设阈值的情况下，根据所述连续多个危险性断面确定所述第一危险等级的危险性分区。
正常运行工况和考虑地震工况时，危险性断面的最小安全系数均满足规范要求，即正常运行时，剖面的最小安全系数大于或等于1.25，且考虑地震荷载时，剖面的最小安全系数大于或等于1.10，划定为低风险分区。
在上述实施例的基础上，本实施例中所述根据所述目标坝体的危险性断面的安全稳定系数，将所述目标坝体划分为多个危险性分区，并确定每个危险性分区的危险等级的步骤包括：
在任一危险性断面在正常运行工况时的最小安全性系数大于或等于所述第一预设阈值，且考虑地震荷载时的最小安全性系数小于所述第二预设阈值的情况下，根据所述任一危险性断面的周边建筑物赋存情况和溃坝后对周边环境的影响程度，确定是否将所述任一危险性断面对应的区域划分为所述第一危险等级或第三危险等级的危险性分区。
在正常运行工况时，危险性断面的最小安全系数满足规范要求，且考虑地震荷载时，危险性断面的最小安全系数不满足规范要求时，危险性断面为中风险。
使用危险性断面周边建筑物赋存情况表征危险性断面对周边建筑物影响程度。周边建筑物赋存情况根据建筑物的数量、可搬迁性及价值确定。
危险性断面在溃坝后对周边环境的影响程度根据危险性断面周边分布的人口数量和河流面积确定。
使用设定阈值对危险性断面对周边建筑物影响程度和溃坝后对周边环境的影响程度进行等级划分。
在危险性断面对周边建筑物影响程度属于严重或极为严重，且溃坝后对周边环境影响属于严重或极为严重的情况下，将危险性断面对应的区域划分为高风险分区。
在危险性断面对周边建筑物影响程度属于一般影响，且溃坝后对周边环境影响属于一般影响的情况下，将危险性断面对应的区域划分为中风险分区。
在危险性断面对周边建筑物影响程度属于轻微或极轻微影响，且溃坝后对周边环境影响属于轻微或极轻微影响的情况下，将危险性断面对应的区域划分为低风险分区。危险性分区的结果如图3所示，图3中的数字1至17为危险性断面的标号。
本实施例根据坝体各危险性断面的安全稳定系数计算结果，综合考虑坝体周边建筑物的赋存情况、溃坝后对周边环境的影响程度等因素，对整个坝体进行危险性分区，从而提高危险性分区的准确性。
在上述实施例的基础上，本实施例中在所述对所述目标坝体内的碱渣体进行分层采挖，在紧邻每个危险性分区预留预设宽度和预设边坡角的碱渣体的步骤之后，还包括：
将当前待采挖的分层预留的碱渣体和所述当前待采挖的分层上面的所有分层预留的碱渣体作为所述目标坝体的组成部分，重新确定每个危险性分区对应的危险性断面的安全稳定系数；
在任一危险性分区对应的危险性断面的安全稳定系数不符合预设条件的情况下，将所述任一危险性分区在当前待采挖的分层对应的预设宽度增加预设值，直到所述任一危险性分区对应的危险性断面的安全稳定系数符合所述预设条件。
对每个分层预留宽度的碱渣体作为坝体的组成部分进行坝体稳定性评价，判断每个危险性分区中危险性断面的安全稳定系数是否符合预设条件，如危险性断面在正常运行工况时的最小安全性系数大于比第一预设阈值大的设定值，且考虑地震荷载时的最小安全性系数大于比第二预设阈值大的设定值。
可以根据坝体的实际情况对危险性分区中的危险性断面进行增加或者删除。
如果某个危险性分区中存在危险性断面的安全稳定系数符合预设条件，则在当前层对于该危险性分区以当前确定的预留宽度进行采挖。
如果某个危险性分区中存在危险性断面的安全稳定系数不符合预设条件，则增大该危险性分区在当前采挖碱渣分层的预留宽度，重新判断该危险性分区中每个危险性断面的安全稳定系数是否符合预设条件，直到该危险性分区中所有危险性断面的安全稳定系数均符合预设条件，从而实现对每个分层各危险性分区预留的碱渣台阶宽度进行优化设计。
在上述各实施例的基础上，本实施例中在所述确定目标坝体的每个危险性断面的安全稳定系数的布置之前，还包括：
根据所述目标坝体每个断面的高度、下游坝体坡比、孔隙发育特征、地层赋存情况和下游周边是否存在周边建筑物，初步确定每个断面是否为潜在危险断面；
可选地，目标坝体的断面为目标坝体的横截面。
收集目标坝体的历史勘察资料、地质资料、设计图纸、坝体设计资料(特别是上游坝体的设计资料)、筑坝方式、坝体填筑效果和质量检测等资料，以及坝体施工工艺和坝体现状图纸等材料。
若目标坝体的部分资料缺失或资料难以收集，或者目标坝体的结构改变导致其断面的地层赋存情况与设计时发生变化，需要结合如地质雷达等实际地探手段获取目标坝体的地层赋存情况。
通过地质雷达探测能够测量出每个断面的形状，从而确定每个断面的高度。高度较高的断面其稳定性较低，危险性较大。
通过地质雷达探测能确立每个断面内部的孔隙发育特征。孔隙较大、数量较多的断面危险性稳定性较低，危险性较大。
基于地质雷达探测和地质钻探能够确定每个断面的地层赋存情况。
可选地，地质赋存情况包括断面的各岩土层的种类和厚度，通过将断面的各岩土层的种类和厚度与无损伤坝体中的岩土层种类和厚度对比，判断目标坝体断面各岩土层是否被水侵蚀或与碱渣混合，进而筛选出危险性断面。
基于地质雷达探测能够进一步计算得出断面的下游坝体坡比和上游坝体坡比。
其中，目标坝体断面靠近碱渣的一侧为上游坝体、远离碱渣的一侧为下游坝体。上游坝体和下游坝体的坡比越大，其对应的断面稳定性越低，危险性越大。
若目标坝体的断面测得的断面高度较高、下游坝体坡比较大、孔隙数量较多、孔隙大小较大，或断面周边存在建筑物时，则该断面为潜在危险断面。需要注意的是，并非目标坝体断面的所有特征均满足才能被判定为潜在危险断面，其具体判定指标可按实际测量情况与目标坝体所在地的地质环境进行相应调整。
根据每个潜在危险断面的上游坝体坡比，初步确定每个潜在危险断面是否为危险性断面。
为了降低后续稳定性评价工作的工作量，确立潜在危险断面后，再探测潜在危险断面的上游坝体坡比。其中，上游坝体坡比较大的潜在危险断面则被确立为危险性断面。
本实施例通过根据目标坝体每个断面的特征筛选出目标坝体的危险性断面，对危险性断面进行稳定性评价，缩小稳定性评价的范围，提高稳定性评价的效率。
在上述实施例的基础上，本实施例中在所述根据目标坝体每个断面的高度、下游坝体坡比、孔隙发育特征、地层赋存情况和下游周边是否存在周边建筑物，确定每个断面是否为潜在危险断面的步骤之前，还包括：
基于地质雷达探测所述目标坝体的断面、下游坡面轮廓和上游坡面轮廓；
根据所述下游坡面轮廓确定所述下游坝体坡比，根据所述上游坡面轮廓确定所述上游坝体坡比；
通过探地雷达对目标坝体的断面进行连续透视扫描，获取目标坝体断面的下游坡面轮廓和上游坡面轮廓，再通过扫描所获得的轮廓计算得出目标坝体断面的下游坝体坡比和上游坝体的坡比，结合筑坝方式，筛选出危险性断面。
基于所述地质雷达和地质钻探结果，获取所述目标坝体的每个断面的地层赋存情况；
依据地质雷达和地质钻探的手段，确定目标坝体断面的地层赋存情况，能够进一步判断目标坝体的断面是否为软弱地层赋存，从而确定断面是否为危险性断面。
基于所述地质雷达探测每个断面是否存在孔隙，并探测存在孔隙的断面的孔隙发育特征。
当目标坝体断面无脱空时，其雷达图像上雷达波同相轴连续性较好；当目标坝体断面存在孔隙时，其雷达图像表现为反射能量强，同相轴连续性较差，甚至产生双曲线形态等异常现象，从而根据雷达图形探测每个断面是否存在孔隙，通过地质雷达探测能清楚获悉目标坝体断面的孔隙发育情况。
在上述实施例的基础上，本实施例中所述基于所述地质雷达和地质钻探结果，获取所述目标坝体的每个断面的地层赋存情况的步骤包括：
对所述目标坝体的每个断面每隔预设距离进行地质钻探，获取每个钻探点的地层赋存情况，所述地层赋存情况包括各岩土层的厚度和类别；
通过钻探取样获得每个钻探点的土样，通过对土样的观察和分析确定每个岩土层的类别，并测量得到每个岩土层的厚度。
对相邻两个钻探点之间的每个探测点使用所述地质雷达进行探测，根据所述地质雷达反射的电磁波的波速和各岩土层的介电常数，确定每个探测点对应的各岩土层的厚度；
地质雷达探测时，分别采用高频和低频两种频率的地质雷达探测系统，以相同的路径对相邻两个钻探点之间的每个探测点进行连续探测。
根据距离每个探测点最近的钻探点对应的各岩土层的类别，确定每个探测点对应的各岩土层的类别。
结合探地雷达所确立的岩土层类别数目和与其距离最近的钻探点取样确立的岩土层种类，即可确定目标坝体断面每个探测点对应的各岩土层的类别。
在上述各实施例的基础上，本实施例中所述确定目标坝体的每个危险性断面的安全稳定系数的步骤包括：
对所述目标坝体的探测结果进行处理和分析，得到每个危险性断面的各岩土层的类别、孔隙率和电阻率；
通过地质雷达沿垂直于断面的方向对目标坝体进行连续探测，获取目标坝体的探测结果，从中提取出每个危险性断面的探测结果。对每个危险性断面的探测结果进行分析，得到目标坝体每个的危险性断面的岩土层的类别、孔隙率和电阻率。
基于预先确定的每个不同孔隙率的岩土层与无损伤坝体的岩土层的电阻率比值，以及每个不同孔隙率的岩土层与所述无损伤坝体的岩土层的物理力学性质参数比值之间的对应关系，根据每个危险性断面的各岩土层的孔隙率和电阻率确定各岩土层对应的物理力学性质参数比值；
计算每个危险性断面的各岩土层的电阻率与无损伤坝体对应岩土层的电阻率之间的电阻率比值。
通过试验预先确定孔隙率、电阻率比值和物理力学性质参数比值三者之间的对应关系。
根据孔隙率、电阻率比值和物理力学性质参数比值三者之间的对应关系，查找每个危险性断面的各岩土层的孔隙率和电阻率比值对应的物理力学性质参数比值。
物理力学性质参数比值用于表征由于坝体的结构发生变化导致坝体的物理力学性质参数产生的折减率。
将各岩土层的类别对应的物理力学性质参数乘以各岩土层对应的物理力学性质参数比值，根据各岩土层对应的乘积按照相关规程规范确定每个危险性断面的安全稳定系数。
各岩土层的类别对应的物理力学性质参数为无损伤坝体对应的各岩土层的物理学性质参数，可通过查找表1获得。表1为无损伤坝体的各岩土层对应的物理力学性质参数示例。
将危险性断面的各岩土层对应的无损伤情况下的物理学性质参数乘以危险性断面有损情况下各岩土层的物理力学性质参数比值，即可得到危险性断面有损情况下各岩土层的物理力学性质参数。
表1岩土层物理力学性质参数
可选地，相关规程规范包括《尾矿库安全规程》、《尾矿堆积坝岩土工程技术规范》、《金属非金属矿山安全规程》、《碾压式土石坝设计规范》和《建筑结构荷载规范》等。
将危险性断面有损情况下各岩土层的物理力学性质参数作为输入，使用相关规程规范的要求及推荐方法，计算每个危险性断面的安全稳定系数。
本实施例通过查找预先确定的孔隙率、电阻率比值与物理力学性质参数比值三者之间的对应关系，确定不同坝体结构变化导致岩土层的物理力学性质参数产生的折减情况；根据物理力学性质参数的折减情况和无损情况下的物理力学性质参数，即可得到有损情况下的物理力学性质参数，从而实现坝体结构发生改变下的碱渣坝体稳定性评价，评价精度高，适用性强。
在上述实施例的基础上，本实施例中在所述基于预先确定的每个不同孔隙率的岩土层与无损伤坝体的岩土层的电阻率比值，以及每个不同孔隙率的岩土层与所述无损伤坝体的岩土层的物理力学性质参数比值之间的对应关系，根据每个危险性断面的各岩土层的孔隙率和电阻率确定各岩土层对应的物理力学性质参数比值的步骤之前，还包括：
使用地质雷达对所述无损伤坝体进行探测，获取所述无损伤坝体的各岩土层的电阻率；
使用所述地质雷达对所述目标坝体进行探测，获取所述目标坝体的不同孔隙率的各岩土层的电阻率；
确定不同孔隙率的各岩土层的电阻率与所述无损伤坝体的各岩土层的电阻率之间的电阻率比值；
对所述无损伤坝体的各岩土层的取样土体进行物理力学性质测试，获取所述无损伤坝体的各岩土层的物理力学性质参数；
对所述目标坝体的不同孔隙率的各岩土层的取样土体进行物理力学性质测试，获取不同孔隙率的各岩土层的物理力学性质参数；
通过地质钻探的方式获取目标坝体不同孔隙率的各岩土层的取样土体，并对其样品进行物理力学性质测试后，即可获取目标坝体的不同孔隙率的各岩土层的物理力学性质参数。
对目标坝体的各取样土体进行原状土物理力学性质测试，并按照不同孔隙率对各土层进行不同密实度情况下的物理力学性质测试，即重塑土物理力学性质测试。
确定不同孔隙率的各岩土层的物理力学性质参数与所述无损伤坝体的各岩土层的物理力学性质参数之间的物理力学性质参数比值；
建立每个孔隙率的岩土层与所述无损伤坝体的岩土层的电阻率比值，以及每个孔隙率的岩土层与所述无损伤坝体的岩土层的物理力学性质参数比值之间的对应关系。
通过已经计算出的每个孔隙率的岩土层与无损伤坝体的岩土层的电阻率比值和物理力学性质参数比值，即可得到每个孔隙率的岩土层的电阻率比值和物理力学性质参数比值之间的对应关系。
下面对本发明提供的坝体拆除方法进行描述，下文描述的坝体拆除方法与上文描述的膏体碱渣安全采挖方法可相互对应参照。
如图4所示，该方法包括：
步骤401，在目标坝体内碱渣体的每个分层采挖后，确定所述目标坝体的每个危险性分区当前预留的碱渣体对应的分层总数量；
步骤402，在所述分层总数量达到第三预设阈值时，将每个危险性分区当前最上一层预留的碱渣体和所述碱渣体对应的最上一层目标坝体拆除。
例如，第三预设阈值为3。在第一个分层采挖后，每个危险性分区当前预留的碱渣体对应的分层总数量为1。在第二个分层采挖后，每个危险性分区当前预留的碱渣体对应的分层总数量为2。在第三个分层采挖后，每个危险性分区当前预留的碱渣体对应的分层总数量为3，达到第三预设阈值，将第一个分层预留的碱渣体，以及与该碱渣体相同厚度的目标坝体拆除，当前预留的碱渣体对应的分层总数量为2。
在第四个分层采挖后，每个危险性分区当前预留的碱渣体对应的分层总数量为3，达到第三预设阈值，将第二个分层预留的碱渣体，以及与该碱渣体相同厚度的目标坝体拆除，当前预留的碱渣体对应的分层总数量为2。
对目标坝体的碱渣池内碱渣的抽排同步进行坝体的分层拆除，重复碱渣池内的分层分台阶抽排与碱渣坝体的分层拆除工序，逐步实现全部碱渣及坝体的安全回采工作。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种膏体碱渣安全采挖方法，其特征在于，包括：
确定目标坝体的每个危险性断面的安全稳定系数；
根据所述目标坝体的危险性断面的安全稳定系数，将所述目标坝体划分为多个危险性分区，并确定每个危险性分区的危险等级；
对所述目标坝体内的碱渣体进行分层采挖，在紧邻每个危险性分区预留预设宽度和预设边坡角的碱渣体，在同一分层所述危险性分区的危险等级越高，所述危险性分区预留的碱渣体的预设宽度越大，同一所述危险性分区在不同分层对应的预设宽度从上到下依次增大。
2.根据权利要求1所述的膏体碱渣安全采挖方法，其特征在于，所述安全稳定系数包括每个危险性断面在正常运行工况时的最小安全性系数和考虑地震荷载时的最小安全性系数，所述危险等级包括第一危险等级、第二危险等级和第三危险等级；
所述根据所述目标坝体的危险性断面的安全稳定系数，将所述目标坝体划分为多个危险性分区，并确定每个危险性分区的危险等级的步骤包括：
在连续多个危险性断面在正常运行工况时的最小安全性系数小于第一预设阈值，且考虑地震荷载时的最小安全性系数小于第二预设阈值的情况下，根据所述连续多个危险性断面确定所述第三危险等级的危险性分区；
在连续多个危险性断面在正常运行工况时的最小安全性系数大于或等于所述第一预设阈值，且考虑地震荷载时的最小安全性系数小于所述第二预设阈值的情况下，根据所述连续多个危险性断面确定所述第二危险等级的危险性分区；
在连续多个危险性断面在正常运行工况时的最小安全性系数大于或等于所述第一预设阈值，且考虑地震荷载时的最小安全性系数大于或等于所述第二预设阈值的情况下，根据所述连续多个危险性断面确定所述第一危险等级的危险性分区。
3.根据权利要求2所述的膏体碱渣安全采挖方法，其特征在于，所述根据所述目标坝体的危险性断面的安全稳定系数，将所述目标坝体划分为多个危险性分区，并确定每个危险性分区的危险等级的步骤包括：
在任一危险性断面在正常运行工况时的最小安全性系数大于或等于所述第一预设阈值，且考虑地震荷载时的最小安全性系数小于所述第二预设阈值的情况下，根据所述任一危险性断面的周边建筑物赋存情况和溃坝后对周边环境的影响程度，确定是否将所述任一危险性断面对应的区域划分为所述第一危险等级或第三危险等级的危险性分区。
4.根据权利要求1所述的膏体碱渣安全采挖方法，其特征在于，在所述对所述目标坝体内的碱渣体进行分层采挖，在紧邻每个危险性分区预留预设宽度和预设边坡角的碱渣体的步骤之后，还包括：
将当前待采挖的分层预留的碱渣体和所述当前待采挖的分层上面的所有分层预留的碱渣体作为所述目标坝体的组成部分，重新确定每个危险性分区对应的危险性断面的安全稳定系数；
在任一危险性分区对应的危险性断面的安全稳定系数不符合预设条件的情况下，将所述任一危险性分区在当前待采挖的分层对应的预设宽度增加预设值，直到所述任一危险性分区对应的危险性断面的安全稳定系数符合所述预设条件。
5.根据权利要求1-4任一所述的膏体碱渣安全采挖方法，其特征在于，在所述确定目标坝体的每个危险性断面的安全稳定系数的布置之前，还包括：
根据所述目标坝体每个断面的高度、下游坝体坡比、孔隙发育特征、地层赋存情况和下游周边是否存在周边建筑物，初步确定每个断面是否为潜在危险断面；
根据每个潜在危险断面的上游坝体坡比，初步确定每个潜在危险断面是否为危险性断面。
6.根据权利要求5所述的膏体碱渣安全采挖方法，其特征在于，在所述根据目标坝体每个断面的高度、下游坝体坡比、孔隙发育特征、地层赋存情况和下游周边是否存在周边建筑物，初步确定每个断面是否为潜在危险断面的步骤之前，还包括：
基于地质雷达探测所述目标坝体的断面、下游坡面轮廓和上游坡面轮廓；
根据所述下游坡面轮廓确定所述下游坝体坡比，根据所述上游坡面轮廓确定所述上游坝体坡比；
基于所述地质雷达和地质钻探结果，获取所述目标坝体的每个断面的地层赋存情况；
基于所述地质雷达探测每个断面是否存在孔隙，并探测存在孔隙的断面的孔隙发育特征。
7.根据权利要求6所述的膏体碱渣安全采挖方法，其特征在于，所述基于所述地质雷达和地质钻探结果，获取所述目标坝体的每个断面的地层赋存情况的步骤包括：
对所述目标坝体的每个断面每隔预设距离进行地质钻探，获取每个钻探点的地层赋存情况，所述地层赋存情况包括各岩土层的厚度和类别；
对相邻两个钻探点之间的每个探测点使用所述地质雷达进行探测，根据所述地质雷达反射的电磁波的波速和各岩土层的介电常数，确定每个探测点对应的各岩土层的厚度；
根据距离每个探测点最近的钻探点对应的各岩土层的类别，确定每个探测点对应的各岩土层的类别。
8.根据权利要求1-4任一所述的膏体碱渣安全采挖方法，其特征在于，所述确定目标坝体的每个危险性断面的安全稳定系数的步骤包括：
对所述目标坝体的探测结果进行处理和分析，得到每个危险性断面的各岩土层的类别、孔隙率和电阻率；
基于预先确定的每个不同孔隙率的岩土层与无损伤坝体的岩土层的电阻率比值，以及每个不同孔隙率的岩土层与所述无损伤坝体的岩土层的物理力学性质参数比值之间的对应关系，根据每个危险性断面的各岩土层的孔隙率和电阻率确定各岩土层对应的物理力学性质参数比值；
将各岩土层的类别对应的物理力学性质参数乘以各岩土层对应的物理力学性质参数比值，根据各岩土层对应的乘积按照相关规程规范确定每个危险性断面的安全稳定系数。
9.根据权利要求8所述的膏体碱渣安全采挖方法，其特征在于，在所述基于预先确定的每个不同孔隙率的岩土层与无损伤坝体的岩土层的电阻率比值，以及每个不同孔隙率的岩土层与所述无损伤坝体的岩土层的物理力学性质参数比值之间的对应关系，根据每个危险性断面的各岩土层的孔隙率和电阻率确定各岩土层对应的物理力学性质参数比值的步骤之前，还包括：
使用地质雷达对所述无损伤坝体进行探测，获取所述无损伤坝体的各岩土层的电阻率；
使用所述地质雷达对所述目标坝体进行探测，获取所述目标坝体的不同孔隙率的各岩土层的电阻率；
确定不同孔隙率的各岩土层的电阻率与所述无损伤坝体的各岩土层的电阻率之间的电阻率比值；
对所述无损伤坝体的各岩土层的取样土体进行物理力学性质测试，获取所述无损伤坝体的各岩土层的物理力学性质参数；
对所述目标坝体的不同孔隙率的各岩土层的取样土体进行物理力学性质测试，获取不同孔隙率的各岩土层的物理力学性质参数；
确定不同孔隙率的各岩土层的物理力学性质参数与所述无损伤坝体的各岩土层的物理力学性质参数之间的物理力学性质参数比值；
建立每个孔隙率的岩土层与所述无损伤坝体的岩土层的电阻率比值，以及每个孔隙率的岩土层与所述无损伤坝体的岩土层的物理力学性质参数比值之间的对应关系。
10.一种坝体拆除方法，其特征在于，应用于权利要求1-9任一所述的膏体碱渣安全采挖方法，包括：
在目标坝体内碱渣体的每个分层采挖后，确定所述目标坝体的每个危险性分区当前预留的碱渣体对应的分层总数量；
在所述分层总数量达到第三预设阈值时，将每个危险性分区当前最上一层预留的碱渣体和所述碱渣体对应的最上一层目标坝体拆除。
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|---|---|
| CN116104052B (zh) | 2023-09-05 |
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