某尾矿填料土工试验研究

史 向 庆

(中国有色金属工业西安勘察设计研究院，陕西 西安 710054)

0 引言

近年来随着矿山建设的飞速发展，尾矿坝建设与稳定性评价是至关重要的一项工作，而尾矿坝稳定性评价的可靠程度，主要取决于强度指标的精确性，因而获取精确强度指标是非常关键的。

尾矿是一种选矿废弃物，用于构筑尾矿坝坝体，根据分选工艺的不同，其颗粒的粒径组成有所差别，不同的粒径组成直接影响了坝体的渗透性、压缩性和抗剪强度。

本次试验土样选用陕西省八一铜矿火底沟尾矿库，由粉砂、粉土、粉粘组成。为了分析尾矿库堆积规律及物理力学性质，对尾矿进行分类研究，分别统计了尾粉砂、尾粉土和尾粉粘的试样成果，该项研究是最基础性的工作，但对将来的研究很有价值。

1 试样的基本物理性质

本次研究采用室内土工试验的常规方法，进行了试样的三项基本指标测试，换算干密度、孔隙比和饱和度。其物理性质试验结果见表1。

表1 物理性质成果

由表1可知，试样的含水率随粘粒含量的增大而增大，说明粘性矿物的吸水性较强。试样的干密度和孔隙比能够反映试样堆积的密实性，从表1中数据可知，尾粉土的密实性最好，尾粉粘的密实性最差。这进一步说明尾粉粘中的孔隙中充满了水分，对坝体的整体稳定性影响较大。

尾矿不同于一般土类，其比重整体在3.0左右。表1中的饱和度是试样送回试验室后所得，与现场的实际饱和度存在着差别，水分有不同程度损失。根据GB 50021—2001岩土工程勘察规范划分，尾粉土的平均孔隙比为0.88，属于中密，处于可塑状态，尾粉粘也处于可塑状态。

2 试样的颗粒特性

尾矿土的粒度构成，决定了尾矿的整体性质，是十分重要的物理指标，本次试验研究对尾矿土进行了颗粒分析，分析结果见表2。

表2 粒径分析表

分析表2认为，尾粉砂、尾粉土的均匀性较差，尾粉粘的均匀性较好，通过表2中粘粒含量可以判定，尾粉粘的透水性较小，可塑性和收缩性较尾粉砂和尾粉土大，因此要保证坝体的稳定性，按照一定比例混合，确保新的堆积方式，能起到排水效果较好，且稳定性高的坝体。

3 试样的固结特性

固结压缩是评价试样堆积效果的一种途径，固结变形量的大小与整个坝体的稳定相关。尾矿砂与尾矿土相比较，尾粉砂的排水性强，进而其固结效果较好，相比尾粉土、尾粉粘排水较为困难，所以含水率较大，且固结稳定时间较长，试验结果见表3。

表3 压缩性指标成果表

分析表3中的孔隙比和压缩指标，随着粒径由细变粗，试样在100 kPa～200 kPa下的压缩系数逐渐增大，相应的压缩模量有所减小。为此，笔者分析认为，粗颗粒架构对变形的影响极大，颗粒越粗，变形就相对较小，但这种变形小的前提是粗颗粒形成稳定的骨架，且其中有细颗粒充填时，相对比较密实，才能保证压缩性减小。

4 试样的渗透性

尾矿的渗透性变化范围大，且因分选工艺而变，所以竖向的渗透系数与水平方向上的渗透系数有时相差十几倍。这是因为竖向渗透系数其主要由土层中最细的那一层土起作用，而水平渗透系数则由整个断面的渗透性共同决定。本次研究采用变水头试验方法进行，试验结果见表4。

表4 渗透性试验成果

在试验过程中，因尾矿堆积过程中各种粒径的样品互层较多，相互影响，所以渗透系数变化范围较大。整个样品的透水性主要取决于样品内充填的细颗粒的含量，对渗透与稳定计算的取值都是一个难点。但从试样的试验结果看，渗透性的变化也符合上述规律。

5 试样的强度指标

抗剪强度指标是分析稳定性的最重要指标之一，影响尾矿的抗剪强度指标因素较多，含水率、孔隙压力、颗粒组成等。

本次试验固结快剪、静三轴试验做了制备样室内试验。试验结果见表5。

表5 抗剪强度试验成果

从表5中可以看出，尾粉砂的饱和固结快剪强度指标与三轴饱和固结不排水剪强度指标相差较大，尾粉土与尾粉粘二者试验指标的差别相对较小，但三轴试验指标明显偏高。这与天然土的剪切试验规律恰恰相反，这种规律在快剪与不固结不排水剪中是否成立，其原因何在，有待进一步的研究。

6 结语

1)孔隙的大小、矿物成分和尾矿的组成粒径，影响了尾矿的三项基本指标，也就决定了基本物理性质。

2)尾矿的强度指标试验，宜做现场大剪试验，结合室内三轴、直剪所得强度指标综合评价。不能仅限于室内直剪试验，因该试验难以控制排水条件。室内三轴试验的排水条件易于控制，但试样质量不宜保证，有条件时，最好进行固结不排水试验。

3)比重试验的过程不宜控制，尾矿的比重与其他土相差较多，这与尾矿料中所含矿物有关，建议对不同类别的尾矿建立试验数据库。

4)尾矿的互层现象严重，在一定程度上影响了尾矿的渗透性、抗剪强度等指标，所以试样的制备方法也影响试验结果。

[1] 华东水利学院土力学教研室.土工原理与计算[M].北京：水利电力出版社，1982.

[2] 王凤江，张作维.尾矿砂的堆存特征及抗剪强度特性[J].岩土工程技术，2003(4)：209-212.

[3] YSJ 225—92/YB J42—92,土工试验规程[S].