四川省泸沽铁矿尾矿库工程地质勘察报告.doc

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四川省泸沽铁矿尾矿库工程地质勘察报告
一、序 言
(一) 工程概况
四川省泸沽铁矿尾矿库位于四川省冕宁县泸沽铁矿大顶山矿区松毛沟尾部，距泸沽镇泸沽铁矿矿部约7公里，从泸沽铁矿矿部矿山简易公路直达尾矿库，交通较方便。
尾矿库是冶金工业部长沙黑色冶金矿山设计研究院1990年12月进行的设计，堆积坝分为两期工程，一期工程由初期坝顶2010米标高开始堆积到2030米标高后转向主沟堆积，进入二期工程，二期工程最终堆积到2055米标高，尾砂堆积坝总高45米，最大坝高73米，总库容585990立方米，服务年限20年，从总坝高上属三级尾矿坝，尾矿库是1992年建成投入使用。
初期坝为透水堆石坝，筑坝材料为中等风化花岗岩碎块石，顺冲沟堆积，沟底坡度约1：7.5～1：8，坝底标高1980～1993m，坝顶宽度约3m，标高2010m，最大坝高28米，最大坝长61.8米。坝外坡为三级台阶状，平均坡度1：2，内坡平均坡度1：1.8。尾矿库92年投入使用，尾矿堆积到2010m标高后便采用尾矿砂堆坝放矿，每道子坝高度按3m堆积，堆积坝坡比为1：5。即将形成四级子坝，目前堆积坝顶标高达到2021米，距一期工程堆积标高2030m还差9m。
堆积坝及库区排水主要设施为排水管涵，建坝前修筑，主要排泄库区内渗水井渗水和库区外围冲沟地表汇水。库区内设置共有11个渗水井。库区外围斜坡建有截水沟。
泸沽铁矿委托昆明有色冶金设计研究院进行尾矿堆积坝继续加高的可行性进行设计。为了尾矿堆积坝继续加高设计提供依据，泸沽铁矿委托四川省蜀通岩土工程公司对尾矿库进行勘察工作。
(二) 勘察技术要求
根据昆明有色冶金设计研究院提出的“四川省泸沽铁矿尾矿坝勘察任务书”，工程地质勘察要求为：
1、查明尾矿堆积体的组成，密实程度及其沉积条件，查明尾矿堆积体的物理力学性质，查明勘察期间浸润线的位置。
2、在尾矿坝（含初期坝）上布两条勘探线，勘探点间距30m，勘探线长度离尾矿坝顶100m处。勘探深度，深入原地面3m。在所有钻孔中对粘性土都要取原状土。取原状土的垂向间距一般不宜大于2～2.5m，每种地层取样10组（8～10孔，孔深30m左右）。
3、抽水与注水试验、测定渗透系数。
4、物理及力学性质试验。
①颗粒分析、天然密度、天然含水量、重度、饱和度、孔隙比，相对密度（尾矿砂），液限、塑限及塑性、液限指数（尾矿土），抗剪强度、渗透系数。
②对尾矿土应进行固结不排水剪试验（三轴试验）。
5、其它要求及报告编写按《上游法尾矿堆积坝工程地质勘察规程》YBJ11-86。
（三）勘察工作依据
勘察工作是依照《上游法尾矿堆积坝工程地质勘察规程》(YBJ11-86)、《勘察任务书》、《建筑抗震设计规范》GB50011－2001、同时参考现行的《岩土工程勘察规范》GB50021-2001、《水利水电工程地质勘察规范》GB50287-99进行的。
（四）勘察工作方法及完成勘察工作量
　1、勘察工作方法
根据初期坝堆积特征和坝基工程地质条件，结合尾矿堆积特点，按三级坝、规模为中型进行工程地质勘察，在坝区布置了4条勘探线，11个钻孔，其中一期坝体7个钻孔，库区4个钻孔。受库区尾水和新近堆积的尾矿泥影响，未能在主沟布置钻探工作量，但对主沟进行了工程地质调查工作。根据规范要求对尾矿坝进行了工程地质调查、工程地质钻探、原位测试，取样及室内测试等勘察工作。
a、勘探点定测：勘探点是根据泸沽铁矿提供的、2003年4月7日测绘的1：1000尾矿坝现状地形图布置，钻孔座标由泸沽铁矿技术处测量队收测。
　　b、勘察施工：本次勘察施工使用2台XY－1型钻机，合金钻头全孔跟管回转钻进。钻孔施工过程中为干钻的方式，岩芯采取率95%以上。钻探工程中，采用标准贯入试验方式取原状样进行颗分，在矿山招待所建立试验室对所采取的试样进行相对密度、含水量、压缩、剪切等试验，在钻孔中取样送往成都理工大学进行动三轴试验。
　　2、完成勘察工作量
　　我公司于2004年3月15日～2004年3月26日、2004年5月12日～2004年6月22日两次根据规范要求、技术要求、公司质量管理办法；设计、业主对报告评审意见实施钻孔施工和取样测试，完成工作量如下：
　　（1）探点定测：收、放钻孔11个，22次。
（2）钻探进尺：241.10m/11孔，跟管钻进136.60 m/11孔。
　　（3）标准贯入试验：39次。
　　（4）取室内分析样70件，动三轴样4组(其中尾砂扰动样2组、尾矿泥原状样一组2件)及室内测试。
　　（5）工程地质调查：0.1km2。
（6）抽水试验1段次。
说明：1、钻孔坐标由铁矿技术处测量队完成；2、尾砂、尾泥室内常规试验和现场试验由攀钢集团矿业公司设计研究院岩土测试中心完成；3、尾矿土动三轴固结不排水剪试验由成都理工学院进行。
二、尾矿库位置及气象条件概况
(一) 尾矿库位置
尾矿库位于四川省冕宁县泸沽镇，泸沽铁矿大顶山矿区块矿选矿场西侧的松毛沟，距泸沽镇泸沽铁矿矿部约7公里，从泸沽铁矿矿部有矿山简易公路直达尾矿坝场地，交通较方便。
(二)气象条件概况
本区属于高原谷地亚热带半干旱气候区，该区地形高差大，气候垂直分带特征明显，温差大。多年最高气温39.7℃，最低-5℃，平均9.5℃。年平均降雨量1522mm，蒸发量948.2mm，相对湿度60.5%。平均风速7.1m/秒，最大瞬时风速31.6米/秒。
三、尾矿库原始地形地貌及库区基底地质条件
(一) 地形地貌条件
尾矿库场地属康滇地轴北部泸沽复背斜的南部，地形、地貌形态受岩性、构造和水系控制，山脉总体走向为北东—南西向，山高、谷深，地形陡峻。场地总体属构造剥蚀中山地貌，沟谷地形，北高、南低。库区北侧是一条东西向山脊之南侧斜坡，坡脚为三条冲沟交汇处的谷底，堆石坝地段为三条小冲沟交汇处前缘较狭窄地段。
小区域上尾矿坝位于一条北南走向冲沟顶部较狭窄地段，尾矿堆积区相对较宽阔，为三条小冲沟交汇处。其中主沟位于库区北西侧，走向170°，长约150m，属“V”字型冲沟。在2060m标高以下段冲沟底部宽3～5m，谷底坡度相对较缓，在12°～18°之间，2060m标高以上段基本为陡坡地形，两侧谷坡地形坡度42°～51°，局部地形坡度达到68°；1#、2#冲沟位于库区北东侧，冲沟底部宽3～5m，谷底坡度相对较陡，在15°～25°之间，在2050m标高以上段为陡坡地形。根据原设计，一期尾矿砂堆积达到2030m标高后，1#、2#冲沟将不再堆积尾砂，转向主沟堆积，二期尾矿砂堆积最终达到2055m标高。坝址“V”字型冲沟地形的条件决定了尾矿库堆积有效库容小，为了增加库容量，必将加高尾矿坝，因此，决定了尾矿坝为中高型。
(二) 地层结构
根据工程地质调查及查阅尾矿坝建坝资料，坝址无断裂构造和其它不良地质作用。坝址和堆积库区为花岗岩山体经构造剥蚀形成的沟谷地形，沟谷两岸坡植被较发育，主要为杂木和少量的松树林。沟底覆盖薄层碎块石土，建坝前已将覆盖薄层的碎石土清除，堆石坝地基为强风化花岗岩。花岗岩在地表直接出露，差异风化明显。在堆石坝左岸出露为弱风化花岗岩，岩石呈大块状结构，强度高；右岸出露为强风化花岗岩，强风化花岗岩风化裂隙较发育，但矿物变质程度较低，地表观测到强风化花岗岩为碎石、砾石状，十字镐较难开挖，剥落的岩石为砾砂状，岩石呈碎石状碎裂镶嵌结构，强度较高。
根据勘察钻孔揭露和搜集该区地质资料，尾矿库区岩性构成由新至老概述如下：
1、人工填土(Qml)
a、粘性土、碎石堆积体：主要为堆积坝外坡覆盖土层，碎石成分为花岗岩，棱角状，粒径3～8cm，部分大于10cm。未经夯实，处于松散～稍密状态。厚度10～15cm，在剖面图中未标出。
b、沉积尾矿：分为尾砾砂、尾粗砂、尾中砂、尾细砂、尾重亚粘土、尾矿泥⑥个单元层，在第四节中详细描述。
c、 碎石反滤层：在堆积坝ZK1、ZK2钻孔底部有揭露，主要由花岗岩碎石和尾砾组成，厚度小，在0.3～0.9m之间。
d、初期坝：主要由花岗岩块石构成，棱角状，块石粒经15～35cm，孔隙度较大，透水性好。
2、 强风化花岗岩(γ)：浅灰色，主要矿物成分为石英、长石、云母，粗粒结构，块状构造。岩石中部分矿物风化变质，干钻进尺较慢，用水作冲洗液钻进速度快。干钻岩芯为砂柱状，水钻岩芯为砾砂状和5～7cm柱状。除ZK5、ZK6、ZK11钻孔未进入该层外，其它钻孔均进入强风化花岗岩，揭露厚度2.4～3.9m(钻孔未揭穿强风化带)。
(三) 水文地质条件
坝址和尾矿砂堆积库区为沟谷地形，沟谷深切，地形坡度大，有利于自然排水，当地侵蚀基准面为喜德河，比场地低约400m，场地强风化花岗岩属弱透水层，弱风化花岗岩为相对的隔水层，大气降水(建坝前)是场地地下水唯一的补给来源，由于地形坡度大，雨季大气降水入渗形成的地下水主要沿强风化带底部渗透，向沟底迳流，最终排泄出场地。
在2#支沟上部较高位置有泉水出露，泉水被收集尾矿砂的工人用管接至堆石坝处作为生活饮用水，勘察期间水量约3.5m3/日；在尾矿砂堆积的主沟沟底有泉水呈线状出露，富存于强风化花岗岩裂隙中，分布标高在2025～2060m之间，无集中大泉，勘察期间测得汇集流量26.5m3/日，泉水通过尾矿堆积坝底钢筋混凝土排洪管流出坝址。
总之，坝址和库区第四系覆盖层少，地下水不丰富；库区以上地段至沟端，汇水面积较小，暴雨季节汇集的水流有限，水文地质条件简单。
(四) 地质构造及地震
尾矿库场地属康滇地轴北部泸沽复背斜的南部，位于安宁河地震带。按国家地震局成都地质大队川震字(76)第034号文，对四川冕宁泸沽铁矿地震基本烈度评价意见：“黄泥湾破碎场大顶山采矿场，位于安宁河主骨断裂的左侧，虽然本身也有断裂通过，但就其规模，活动性来说也相对减弱，历史上影响烈度达Ⅷ度，因此，基本烈度为Ⅷ度”。根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2001，场地抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.30g，设计地震分组为第一组。
四、堆积尾矿的沉积规律
(一) 堆积尾矿的组成、结构及沉积规律
尾矿库是1992年建成投入使用，采用管道输送法进行放矿，主管道最早设在堆石坝坝顶上，在主管上共设置5条分散放矿管，分散管为柔性高压胶管，长度5～6m，由坝顶直接向尾矿库内排放尾矿。当尾矿堆积达到堆石坝顶2010m标高后，采用尾砂堆坝，主管便随堆积坝增高而升高，放矿由人工控制，根据主管排放尾矿情况每次开启1～2根分散管轮换放矿，一般开启一小时左右。在选矿车间未工作情况下，主管通常有较大水量直接排放到尾矿库内。
堆积尾矿沉积规律受尾矿性质、粒度、矿浆浓度和排放形式及选矿方式控制，选矿后的尾矿物质以水、砂混合物的形式最早在初期堆石坝顶处向库区排放，临近初期堆石坝体段粗颗粒物质先沉积，细颗粒状物质随水流向库区流动，缓慢沉积，形成尾泥。勘察中发现沉积尾矿具有上粗下细、坝前粗库

尾细的特征。因该铁矿磁性强，选矿工艺较简单，未采用球磨机破碎即可分选，尾矿以粗颗粒为主。从现在放矿观察到：从分散管放出的尾矿在管口附近一定距离内，粗颗粒状尾砂迅速沉淀，细颗粒状物质随水流向库区流动，随库区尾水流速减小，在库区表层见尾泥沉积。总体上尾矿在结构上表现为不均匀和各向异性。1—1、2---2剖面各钻孔颗粒分析平均粒径d50值见表1、表2：

1---1剖面各钻孔平均粒径d50值变化情况表 表1
钻 孔 号
ZK7
ZK3
ZK1
ZK5
统计件数
7
9
6
4
d50范值(mm)
0.008～0.49
0.014～0.70
0.40～0.71
0.31～0.45
d50平值(mm)
0.142
0.395
0.555
0.3625
变异系数
1.492
0.594
0.204
0.167
2---2剖面各钻孔平均粒径d50值变化情况表 表2
钻 孔 号
ZK8
ZK10
ZK9
ZK4
ZK2
统计件数
3
12
13
9
7
d50范围值(mm)
0.011～0.030
0.011～0.62
0.007～0.59
0.019～0.80
0.50～0.74
d50平均值(mm)
0.063
0.22650
0.2871
0.429
0.514
变异系数

0.9973
0.7161
0.489
0.255
说 明
ZK8钻孔上部尾砾砂未取样。
从表1、表2可以看出，靠近初期坝，尾矿颗粒粗，粒径上下不大，表现为变异系数偏小；随着向库内推进，d50粒径平均值由大变小，甚至产生突变现象，说明尾矿中颗粒大小悬殊，且细粒层厚度增大，表现为变异系数大，随着向库尾泥滩面深入，尾矿以细颗粒尾矿泥和尾重亚粘土为主。在横向上，根据同一剖面2个钻孔颗粒分析资料，d50粒径平均相差较小，粒径变化不大，总体为较均匀。
为说明沉积尾矿在垂向上的变化情况，选ZK4、ZK7 、ZK9、ZK10钻孔作单孔d50粒径随深度的变化曲线图及ZK4、ZK7钻孔孔隙比e随深度的变化曲线图。如插图1、2、3、4、5、6所示，d50粒径和孔隙比e随深度的变化曲线有明显的变化。孔隙比e随尾矿颗粒变小而突变；d50粒径有一定起伏和突变，沉积尾矿砂存在粗细颗粒相间变化，有粗颗粒突变为细颗粒现象。总体上看，沉积尾矿孔隙比e除随颗粒粒径变化突变外，同种粒径孔隙比e变化较小，但是库区尾矿泥孔隙比e均大于1，尾矿泥呈饱和、软塑～流塑状态，说明固结较差；d50粒径由上至下明显变小，说明沉积尾矿具有上粗下细的特点。
根据勘察结果，对尾矿采用《上游法尾矿堆积坝工程地质勘察规程》(YBJ11-86)标准进行分类，尾矿组成主要分为尾砾砂、尾粗砂，尾中砂、尾细砂、尾重亚粘土、尾矿泥。分别描述如下：
① 尾细砂：灰黑色、棕灰色，主要分布在沉积滩中上部6～12.6m深度范围内，湿～饱和，稍密～中密状态。厚度1.20～3.2m，期间夹有尾中砂和尾粗砂，呈夹层透镜状产出，向库内尖灭。
② 尾中砂：灰黑色，主要分布在堆积坝ZK1、ZK3钻孔表层积沉滩中部，在堆积坝表层为单一层状，厚度2.8～3.0m，堆积坝ZK4钻孔中部存在1.30m夹层；在沉积滩内与尾细砂为互层状，为透镜体状产出，向库内厚度减小并尖灭。水位以上湿，水位以下饱和，松散～稍密状态。
③ 尾粗砂：灰黑色，主要分布在堆积坝ZK2、ZK3钻孔中上部，呈透镜体形式存在，厚度变化大，在1.10～4.60m之间；往库区厚度变小，呈夹层状，并逐渐尖灭，在ZK9钻孔底部与基岩接触带有1.7m厚沉积。饱和，稍密～中密状态。
④ 尾砾砂：灰黑色，堆积坝体的主要物质，各钻孔均有揭露，靠近堆石坝的ZK5、ZK6钻孔全部为尾砾砂，库区内钻孔表层也为尾砾砂。厚度3.6～19.9m，库区中下部基本无尾砾砂沉积。水位以上稍湿～湿，水位以下饱和，松散～稍密～中密状态，密实度随深度增加而增强。
⑤ 尾重亚粘土：灰黑色，钻机轻压近尺较快，岩芯从岩芯管用水轻压即出。取出的岩芯剖开后，局部有尾砾砂团块及3～5cm尾中砂夹层。主要分布在库区ZK7、ZK8、K9、ZK10钻孔中下部位和堆积坝ZK3、ZK4钻孔底部与下伏的花岗岩接触带部位。湿～饱和，软塑～流塑状态，厚度1.6～17.5m，向库区延伸厚度增大。
⑥ 尾矿泥：灰黑色，钻机轻压近尺较快，尾矿泥从岩芯管用水轻压即出，见有3～8cm细砂及粗砂夹层，分布在堆积坝底部，向库区厚度增大。湿～饱和，软塑～流塑状态。
(二) 尾矿的颗粒组成
本次勘察对78件尾矿样及全尾矿颗分资料分类统计，统计结果见表3：
颗粒分析统计表 表3
名

称
统 计

参 数
砾 粒
＞2mm

(%)
砂 粒
2～0.05
mm
(%)
粉 粒
0.05～0.005mm
(%)
粘 粒
＜0.005
mm
(%)
有效粒径d10

(mm)
等效粒径d30

(mm)
平均粒径d50

(mm)
不均匀系数
Cu
曲 率
系 数

Cc
尾
砾
砂
组 数
28
28
28

28
28
28
28
28
最大值
28
88
9

0.22
0.40
0.800
23.3
2.8
最小值
11
65
0

0.03
0.20
0.310
2.8
0.7
平均值
18.85
80.28
0.87

0.113
0.266
0.470
6.475
1.125
尾
粗
砂
组 数
12
12
12

12
12
12
12
12
最大值
9
95
9

0.20
0.44
0.62
17.2
2.8
最小值
2
82
0

0.039
0.27
0.50
3.6
0.8
平均值
6.16
89.50
4.34

0.119
0.32
0.54
6.81
1.525
尾
中
砂
组 数
6
6
12
6
6
6
6
6
6
最大值
9
93
13
10
0.13
0.26
0.41
16.3
2.5
最小值
6
77
0
0
0.04
0.15
0.28
3.8
0.8
平均值
7.66
83.66
7.00
1.68
0.0643
0.205
0.34
8.6
1.78
尾
细
砂
组 数
5
5
5

5
5
5
5
5
最大值
7
88
12

0.064
0.14
0.22
7.4
2.0
最小值
2
83
6

0.034
0.011
0.18
3.9
0.8
平均值
4.8
85.6
9.6

0.0482
0.0982
0.202
5.56
1.2
尾
重
亚
粘
土
组 数

9
9
9
9
9
9
9
9
最大值

36
67
25
0.0039
0.017
0.037
23.0
9.9
最小值

17
39
13
0.0020
0.0039
0.011
6.7
0.4
平均值

28.375
55.125
16.5
0.00274
0.0107
0.0225
13.20
2.6125
尾
矿
泥
组 数
11
11
1
11
10
10
10
10
10
最大值
3
29
59
40
0.0018
0.0062
0.015
24.5
0.9
最小值
0
7
39
31
0.0011
0.0030
0.007
7.1
0.6
平均值
0.27
20.18
45.46
34.09
0.0015
0.0043
0.0109
13.1
0.7
全
尾
矿

12
59
13
16
0.0010
0.0530
0.1900
310
9.1
从表中统计指标可以看出，尾砾砂、尾粗砂、尾中砂、尾细砂之间在粒组含量和d50粒径上具有渐变特征，基本无粘粒粒组，甚至尾粗砂d50粒径大于尾砾砂d50粒径；尾细砂与尾重亚粘土、尾矿泥之间则存在突变现象，这是由尾矿粒组成分决定的。从不均匀系数和曲率系数看，尾细砂为均匀至中等均匀，其它土类为不均匀至中等均匀。
根据全尾矿颗粒分析，粘粒含量达到16%，砾粒含量达到12%，这与钻孔揭露现状尾矿分布是相吻合的。
五、堆积尾矿的物理性质
勘察期间对尾矿取样进行分析，并进行了标准贯入试验，测试及试验统计结果见表4、5、6、7：
　尾矿泥室内试验结果统计表 表4
统计项目
频数n
范围值
平均值 μ
标准差 σ
变异系数 δ
天然容重 γ（g/cm3）
3
1.64～1.76
1.706

比　重 Gs
3
3～3.05
3.026

含水量 ω（%）
3
50～64
57.67

天然孔隙比 eo
3
1.5999～2.000
1.800

渗透系数 k (cm/s)
3
8.4×10-8～8.2×10-6
2.951×10-6

饱和度 Sr （％）
3
95～99
96.67

可
塑
性
液　限WL (%)
3
37～47
42

塑　限WP (%)
3
22～28
24

塑性指数IP（％）
3
15～20
18

液性指数IL（％）
3
1.85～1.89
1.87

天然快剪
内聚力C(KPa)
3
4.22～11.44
7.63

内摩擦角φ（°）
3
2～7
4.67

尾重亚粘土室内试验结果统计表 表5
统计项目
频数n
范围值
平均值 μ
标准差 σ
变异系数 δ
天然容重 γ（g/cm3）
9
1.69～1.79
1.726
0.0380
0.0220
比　重 Gs
9
2.98～3.05
3.021
0.0257
0.0085
含水量 ω（%）
9
42～64
52.56
9.0707
0.1725
天然孔隙比 eo
9
1.420～1.871
1.671
0.1943
0.1162
渗透系数 k (cm/s)
9
6.2×10-7～4.2×10-5
8.235×10-6

饱和度 Sr （％）
9
87～100
94.33
5.6789
0.0602
可
塑
性
液　限WL (%)
9
40～47
43.44
2.2422
0.0516
塑　限WP (%)
9
22～29
26.11
2.3154
0.0886
塑性指数IP（％）
9
15～19
16.78

液性指数IL（％）
9
0.83～2.67
1.588

压缩性
压缩系数α1-2MPa-1
4
0.70～1.13
0.8073

压缩模量Es（MPa）
4
2.3～3.5
2.987

天然快剪
内聚力C(KPa)
9
3.21～21.72
12.116
6.6343
0.5475
内摩擦角φ（°）
9
2～14
8.500
4.2426
0.4991
尾砂标准贯入试验成果统计表 　　 表6
尾 砂

名 称
统 计

项 目
频 数

n
范围值

(击)
平均值

(击)
标准差

σ
变 异
系 数
δ
依规范
确 定
状 态
尾细砂
原始击数
5
6~9
7.6
1.140
0.150
稍密
尾中砂
原始击数
5
5~6
6.4
1.673
0.261
稍密
尾粗砂
原始击数
8
7~11
9.7
2.215
0.228
稍密~中密
尾砾砂
原始击数
21
5~15
9.8
3.102
0.315
稍密~中密
尾砾砂室内试验结果统计表 表7
统计项目
频数
n
范围值
平均值
μ
标准差
σ
变异系数
δ
天然容重 γ（g/cm3）
13
1.95～2.49
2.183
0.1313
0.0601
比　重 Gs
13
3.00～3.40
3.186
0.0908
0.0285
含水量 ω（%）
13
16～25
18.076
2.6287
0.1454
天然孔隙比 eo
13
0.598～0.923
0.727
0.0867
0.1191
饱和度 Sr（％）
13
70～90
79.230
7.3161
0.0923
相对密度 Dr
13
0.56～0.73
0.648
0.0501
0.0773
天然休止角

α0 (°)
水 上
13
35～44
40.8
2.1543
0.0527
水 下
13
24～35
31.2
2.8622
0.0916
压缩系数 a1-2 MPa-1
13
0.08～0.19
0.1292

压缩模量 Es （MPa）
13
10.12～19.98
14.1492

渗透系数 k (cm/s)
13
9.24×10-4～7.8×10-2
1.284×10-3

天然快剪
凝聚力 C(KPa)
13
5.21～31.56
17.97
5.6785
0.3159
内摩擦角 φ（°）
13
27～36
31.92
2.6913
0.0843
从测试及室内试验统计结果表中看出：
1、尾矿的比重大，均大于3，尾砾砂比重最大。尾矿比重大的原因为选矿工艺造成的。由于选矿不彻底，在尾矿中铁矿含量较高，据在尾矿排放口处设置的一部小型磁选机再次选矿结果，在2003年以前矿山选厂未进行改造之前，尾矿排放口处一部小型磁选机每天可选出品位50%左右铁矿30～35吨；目前在尾矿排放口每天可选出品位50%左右铁矿10吨左右。
2、根据相对密度Dr判定，尾砾砂相对密度Dr在0.56～0.73之间，随深度变化不大，属中密砂土。
3、尾矿大部分位于地下水位以下，处于饱和状态，饱和度接近100%。
4、尾矿砂孔隙比随深度变化不大，但尾矿土孔隙比较常规粘性土大，均大于1。尾矿土沉积时间短，含水量高，呈软塑～流塑状态，未完成固结，固结排水不好，说明其透水性差。
5、尾矿渗透性变化大。根据钻孔样渗透试验结果，尾矿泥渗透系数8.4×10-8～8.2×10-6cm/s，平均值2.951×10-6cm/s；尾重亚粘土渗透系数6.2×10-7～4.2×10-5cm/s，平均值8.235×10-6cm/s；尾砾砂渗透系数9.24×10-4～7.8×10-2cm/s，平均值1.284×10-3cm/s。
6、尾矿土塑性指数Ip在15～20之间，与常规粘性土比较为偏高。这是由于尾矿矿物成分、活动性及粘粒组含量决定的。
六、堆积尾矿的力学性质
(一) 尾矿的变形特征
各类尾矿的压缩系数、压缩模量变化较大。尾砾砂压缩系数a1-2在0.08～0.19MPa-1之间，平均值0.12929MPa-1，具中等压缩性至低压缩性，随深度变化不大；尾重亚粘土压缩系数a1-2在0.70～1.13MPa-1之间，平均值0.8073MPa-1，具高压缩性；尾矿泥呈流塑状态，一旦加压，土体即被破坏，基本不能进行固结试验，土体具有高压缩性。
(二) 尾矿的抗剪强度
各类尾矿用各种试验方法测得抗剪强度指标有一定的变化，根据钻孔取样测试结果，见表8：
钻孔样抗剪强度成果统计表 表8
土类名称
统
计
参
数
直 剪
(快剪)试验
三 轴 试 验
固结不排水
固结排水
不固结不排水
总应力
有效应力
c
φ
Ccu
φcu
C’
φ’
Cd
φd
cu
φu
KPa
°
KPa
°
KPa
°
KPa
°
KPa
°
尾
砾
砂
组 数
13
13

最大值
31.56
36

最小值
5.21
27

平均值
17.97
31.92

尾
中
砂
组 数
1
1

最大值

最小值

平均值
31.56
28

尾
重
亚
粘
土
组 数
9
9
1
1

最大值
21.72
14

最小值
3.21
2

平均值
12.12
8.5
23.32
12.2
18.17
12.5

尾
矿
泥
组 数
3
3
2
2
2
2
3
3
3
3
最大值
11.44
7
25.16
10.7
17.84
9.6
28.65
12.0
17.43
9.1
最小值
4.22
2
20.61
10.4
14.80
8.1
15.91
7.3
14.12
7.3
平均值
7.63
4.67
22.88
10.55
16.32
8.85
21.66
9.16
15.29
8.06

根据不同方式测试结果，结合尾矿沉积特点以及尾矿天然休止角测定结果，确定各种尾矿土及强风化花岗岩抗剪强度见表9，供设计参考使用。
抗剪强度指标建议值 表9
土 类 名 称
抗 剪 强 度
C (KPa)
φ (°)
尾砾砂
0
32
尾粗砂
0
30
尾中砂
5
28
尾细砂
10
25
尾重亚粘土
12
10
尾矿泥
14

8.5
强风化花岗岩
30
32
(三) 堆积尾矿的动力特性
勘察期间取2组尾矿砂扰动样、1组尾矿泥原状样(根据钻孔颗分资料，应定名为尾重亚粘土)，由“地质灾害防治与地质环境保护国家专业实验室、成都理工大学环境与土木工程学院实验中心”进行振动液化、动强度、动弹模量和阻尼比等动力参数试验，试验设备为美国MTS公司制造的MTS810Teststar程控伺服土动三轴仪。试验结果见附件3：《岩土测试报告书》。
1、动三轴振动液化试验及动强度试验选用主应力比Kc=1.0，选用三个侧向应力σ3为100 KPa、150 KPa、200KPa，每阻3个试件按选定的动应力振动直至破坏。提供了动应力σd、液化应力比σd/2σ3与振次的关系曲线及相应参数，以及总应力的动抗剪强度指标动内摩擦角φd和动内聚力cd指标，供设计选用。
2、动弹性模量及阻尼比试验是在各向均等固结(Kc=1.0)和侧向应力σ3分别为100 KPa、200 KPa、300KPa下固结，在不排水条件下逐级加大动应力进行振动，每级动荷载振动10次。绘制动应力动应变σd～εd关系曲线、1/Ed～εd关系曲线、Ed～εd关系曲线及λd～εd关系曲线及相关数据，供设计使用。
从试验数据分析得出如下结论：
a、尾矿的液化应力比σd/2σ3随侧向应力σ3增大而增大；
b、尾矿砂的动强度指标较之尾矿泥(尾重亚粘土)高；
c、在小应变εd下，动应力动应变σd～εd关系为明显非线性关系，符合双曲线型模型；
d、尾矿的初始切线弹性模量Ed 随动应变增加而降低、随侧向固结应力σ3增大而增大；
e、尾矿的阻尼比随动应变增大而增大，但在动应变较大时，阻尼比增大不显著。
七、尾矿堆积体的水文地质条件
(一) 含水层及地下水位特征
堆积坝及库区底部在建坝前修建由排水管涵，通过库区内设置的11个渗水井排泄库区尾矿水。由于尾矿排放采用分段分散放矿，堆积坝尾矿堆积物各层之间呈交错状沉积，各向连续性相对较差，从而造成地下水水力联系差，由于尾矿中夹层和互层影响，含水层与隔水层界限不明显。
勘察期间为了量测稳定水位，所有钻孔均为干钻，套管护壁。遇地下水后立即测得初见水位深度，以后每天上午开钻前量测地下水水位，以便观测不同孔深地下水位变化情况。从测得地下水位埋深位置看，整个堆积尾矿均含水。根据钻探及室内渗透试验综合判断，堆积体主要含水层为尾砾砂、尾粗砂、尾中砂及尾细砂，尾重亚粘土、尾矿泥为相对隔水层。
堆积坝及库区内钻孔均见地下水，特别是距堆石坝顶13m处堆积坝上的5#、6#钻孔，勘察钻孔深度进入初期堆石坝体3~5m后，钻孔内仍有地下水，水位埋深6.4m、 2.8m。为了判定堆石坝体是否含水，在堆石坝顶施工11#钻孔，钻孔钻进深度18.9m后未见地下水；堆积坝体1#~4#钻孔水位埋深0~3.2m，勘察期间对5#排渗井最高水位浸出点标高进行了观测，最高水位浸出点标高为2015.60m，库区沉积滩7#、8#、9#、10#钻孔水位埋深1.10~4.08m。纵、横剖面钻孔地下水位(浸润线)埋深及水位标高见表10：

钻孔地下水位(浸润线)埋深及水位标高 表10
剖面

3
4
5

6
1

6.40
5
2005.25

3.10
1
2011.47

3.20
3
2014.68

1.40
7
2017.25
2

未见
11

2.80
6
2008.77

0
2
2014.62

3.20
4
2014.59

4.08
9
2015.52

2.90
10
2016.50

1.10
8
2017.51

水位埋深(米)
注： 孔 号
水位标高(米)
从表10可以看出，堆积坝地下水位埋深较小，西侧水位埋深相对东侧略大。勘察期间在ZK2钻孔东西两侧长约20m、宽约2.5m地表(标高在2014.5~2015m之间)有水浸出形成散水，并沿坡面渗流约5~8m。堆积坝浸润线高，说明堆积坝体透水性不好。
选矿厂尾矿进入库区量大，尾水澄清后主要沿主沟拦洪坝顶及坝身之间的泄水孔向主沟排洪管涵排泄，最终流出堆石坝，少量水通过排渗井和坝底的过滤层渗透进入排洪管涵，库区水位高。
初期坝为透水型堆石坝，其透水性好。但是，运营12年来，在堆石坝内坡有一段距离透水性变差。当施工的5#、6#钻孔穿过上部尾砾砂进入初期堆石坝体3~5m后，钻孔内仍有地下水，测得稳定水位埋深6.4m、2.8m，而为了判定堆石坝是否含水，在堆石坝顶施工11#钻孔，钻孔进入堆石坝体18.90m深度仍未见地下水位，也说明了堆石坝内坡透水性变弱。从1、2号剖面图地下水位线(浸润线)可以看出，地下水在堆石坝内坡呈陡降进入排水管涵排出坝区。
尾矿库区钻孔均见地下水，根据对钻孔地下水位观测，钻孔钻进当天基本无水，当终孔后，钻孔内才有地下水慢慢渗透到钻孔内。说明尾矿沉积区透水性差。
(二) 抽水试验
1、抽水钻孔情况：
为了获得尾矿层综合渗透特征，勘察期间选ZK2钻孔进行综合抽水试验。抽水孔采用干钻方法成孔，开孔直径146mm，终孔直径110mm。浸润线以上采用套管护壁，浸润线以下下入φ127mm孔眼式过滤器，外缠40目尼龙网。
2、抽水试验设备：
抽水水泵为3m3/h潜水电泵，水位采用电测，流量为容积法测定。
3、抽水试验钻孔范围内的尾矿分布情况：
按钻孔取样颗分资料，尾矿为尾砾砂，中部夹有2.10m尾粗砂。按钻孔相应地层渗透试验结果：渗透系数平均值k=1.284×10-3cm/s。
4、抽水试验结果：
试验结果见表11：
ZK2钻孔综合抽水试验结果表 表11
含水层名 称
含水层