尾矿料的力学性质研究

黄燕伟 黄海燕 张慧颖

摘 要：通过对云南某尾矿库的尾矿料进行直剪、压缩固結等试验，对其力学性质进行研究。总结了该尾矿料在不同干密度下的抗剪强度变化规律，以及不同干密度下的孔隙比与压力的关系曲线及变化规律。

关键词：尾矿料;直剪试验;压缩固结试验

中图分类号：TD926.4文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）01-0063-03

Abstract： The mechanical properties of tailings in a tailings pond in Yunnan province were studied by direct shear， compression and consolidation tests. The variation law of the shear strength of the tailings under different dry densities and the relation curve and variation law of the pore ratio and pressure under different dry densities were summarized.

Keywords： tailings;direct shear test;compression consolidation test

尾矿库是存放尾矿料的重要结构，但同时也是最重要的危险源，因尾矿坝工程失事造成严重灾害的实例屡见不鲜[1]。当尾矿坝溃坝后，会对周围环境造成严重影响，同时也会对社会稳定产生负面影响[2]。为了切实了解尾矿料流失对周边环境的影响，就需要在Fluent建模模拟流失时，建立符合其力学性质的尾矿料进行模拟。因此，需要对现场运回的尾矿料在相同含水率下进行不同干密度的尾矿料直剪试验、压缩固结试验，并以试验数据为依据分析其力学性质。

1 试验方法

1.1 直剪试验

根据《土工试验规程》（SL 237—1999）[3]，开展在相同含水率（15%）时不同干密度情况下的尾矿料固结快剪试验。

具体操作为：在含水率（15%）相同的情况下，将相同级配的尾矿样进行4组不同干密度的快剪试验（每组4个），分别为1.2、1.3、1.4 g/cm3和1.5 g/cm3，然后分别对每组的4个试样加上50、100、200 kPa和300 kPa的荷载静置一段时间充分固结后，放入直剪盒剪切试样，使试样在3～5 min内剪损，记录相应荷载下的剪切位移峰值，重复4次记录不同干密度下的直剪试验数据。

1.2 压缩固结试验

根据《土工试验规程》（SL 237—1999）[3]，开展了在相同含水率（15%）情况下，不同干密度的尾矿料在逐渐加压时的固结试验。

具体操作为：配置好相同含水率（15%）不同干密度的试样，将试样放入剪切盒内，在环刀上部垫上滤纸再放上透水石，依次放好护环、加压上盖、小钢珠。最后，将量表导杆调至合适位置，先加50 MPa的荷载，读出6 s、15 s、1 min、2 min15 s、4 min、6 min15 s、9 min、16 min、20 min15 s、25 min、30 min15 s、36 min、42 min15 s、49 min、64 min、100 min、200 min、400 min、23 h、24 h时百分表的读数，精确到0.01 mm，再将荷载加至100、200 MPa和300 MPa读数。每组试样均重复上述步骤。

2 试验数据及结果

2.1 直剪试验数据

试验后所得各级荷载下尾矿料的固结抗剪强度值如表1所示。

以垂直荷载为横坐标，抗剪强度为纵坐标绘制不同干密度下相应的抗剪强度与垂直压力关系图，如图1所示。

依据图1得出不同干密度下尾矿料的力学指标如表2所示。

从图1和表2可知：①该尾矿料的黏聚力较小，在荷载相同的情况下，干密度越大其抗剪强度也相对较大;②干密度相同时，荷载越大抗剪强度越大;③内摩擦角也随着干密度、黏聚力的增大而增大。

2.2 压缩固结试验结果分析

经计算可得试验数据如表3和表4所示。

以孔隙比[e]为纵坐标，压力[P]为横坐标绘制孔隙比与压力的关系图如图2所示。

从试验数据以及试验数据所绘关系图可以知道：①孔隙比随着压力的增大而减小，后期施加荷载其孔隙比变化的绝对值要比前期增加荷载变化的小，说明土颗粒之间越来越紧密，土体越来越难压缩;②相同含水率时，不同干密度试样的孔隙比在相同压力下随着干密度增大而减小;③压缩模量随着压力的增大而减小，压缩系数随着压力的增大而增大。

3 结语

①干密度与荷载均对该尾矿料的抗剪强度有所影响，两者越大抗剪强度越大。

②尾矿料随着固结时间的变长以及荷载的变大，土体颗粒之间越发紧密，越难以压缩。

参考文献：

[1]徐宏达.我国尾矿库病害事故统计分析[J].工业建筑，2001（1）：69-71.

[2]梅国栋，王云海.我国尾矿库事故统计分析与对策研究[J].中国安全生产科学技术，2010（3）：211-213.

[3]中华人民共和国水利部.土工试验规程：SL 237—1999[S].北京：中国水利水电出版社，1999.