凍融循環(huán)作用下尾礦力學(xué)特性的試驗(yàn)研究.pdf

1、尾礦庫(kù)是一個(gè)非常復(fù)雜的土工建筑物，亦是礦山最大的危險(xiǎn)源。按照尾礦庫(kù)的地域分布情況，我國(guó)大部分尾礦庫(kù)位于凍土地區(qū)。凍土地區(qū)的尾礦庫(kù)除了存在常規(guī)的風(fēng)險(xiǎn)因素外，還面臨凍融循環(huán)作用帶來(lái)的危險(xiǎn)。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于凍融循環(huán)條件下尾礦力學(xué)性質(zhì)的研究及成果比較少見，因此，針對(duì)凍融循環(huán)條件下尾礦力學(xué)性質(zhì)的研究很有必要，不僅可為凍土地區(qū)尾礦壩的穩(wěn)定性分析提供基礎(chǔ)資料，而且可以豐富尾礦力學(xué)性質(zhì)方面的基礎(chǔ)理論知識(shí)。本文以馬鞍坪礦山廢石綜合利用有限公司所排放銅礦尾

2、礦為試驗(yàn)材料，采用人工凍結(jié)的方法，通過室內(nèi)大量試驗(yàn)，分別對(duì)直接凍結(jié)尾礦和凍融循環(huán)條件下尾礦的物理力學(xué)性質(zhì)及其影響因素進(jìn)行了系統(tǒng)研究與分析，并以馬鞍坪礦山廢石綜合利用有限公司所屬小打鵝尾礦庫(kù)為工程案例，對(duì)其尾礦壩在常規(guī)條件下和凍融循環(huán)條件下的穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算分析。論文的主要工作及取得的創(chuàng)新性成果如下：
　　①針對(duì)我國(guó)尾礦庫(kù)的分布地域資料，結(jié)合我國(guó)寒帶氣候的地區(qū)劃分，分析了我國(guó)尾礦庫(kù)所處凍土地區(qū)的具體分布情況，并對(duì)凍土地區(qū)尾礦庫(kù)可能存

3、在的危害進(jìn)行了歸納總結(jié)。
　?、谕ㄟ^室內(nèi)單軸壓縮試驗(yàn)，研究了經(jīng)人工凍結(jié)四類尾礦（尾中砂、尾細(xì)砂、尾粉砂和尾粉土）的力學(xué)特性及其四個(gè)影響因素（平均粒徑、干密度、含水率和加載速率）。研究結(jié)果顯示，凍結(jié)尾礦單軸壓縮破壞形式有三種：斜面剪切破壞、徑向拉伸破壞和復(fù)合式破壞。凍結(jié)尾礦單軸壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線可分四個(gè)階段：初始應(yīng)變軟化階段、線性應(yīng)變硬化階段、非線性應(yīng)變硬化階段和非線性應(yīng)變軟化階段。在四個(gè)影響因素中，凍結(jié)尾礦的單軸抗壓強(qiáng)度與平均粒徑

4、呈對(duì)數(shù)關(guān)系，與干密度呈指數(shù)關(guān)系，與含水率呈現(xiàn)線性遞增關(guān)系，與加載速率呈二次拋物線增長(zhǎng)關(guān)系；而凍結(jié)尾礦的變形模量與平均粒徑呈現(xiàn)自然對(duì)數(shù)關(guān)系，與干密度亦呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系，與含水率則呈現(xiàn)二次拋物線關(guān)系，與加載速率呈指數(shù)函數(shù)增長(zhǎng)關(guān)系。
　　③通過室內(nèi)滲透試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)和三軸剪切試驗(yàn)（UU），分別研究了凍融循環(huán)對(duì)尾礦的滲透性、固結(jié)壓縮性和抗剪強(qiáng)度的影響。研究結(jié)果表明，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，尾礦的滲透系數(shù)呈現(xiàn)先增加后趨于穩(wěn)定的變換規(guī)律，且第一

5、次凍融循環(huán)對(duì)尾礦滲透系數(shù)的增幅影響最大。尾礦的壓縮系數(shù)α隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而增加，且壓縮曲線變得越來(lái)越陡，兩者呈正相關(guān)性；而壓縮模量Es則相反。
　　在研究?jī)鋈谘h(huán)條件下尾礦抗剪強(qiáng)度與變形模量的變化規(guī)律中，同時(shí)考慮了尾礦粒徑、干密度和含水率等因素對(duì)尾礦凍融后的力學(xué)性質(zhì)的影響。研究結(jié)果顯示，隨凍融循環(huán)次數(shù)的增加，尾礦的粘結(jié)力c和變形模量E先減小后趨于穩(wěn)定；內(nèi)摩擦角φ則先增加后趨于穩(wěn)定；尾礦粒徑對(duì)凍融循環(huán)影響的敏感性比較弱。在相同

6、凍融條件下，尾礦的粘結(jié)力和變形模量均隨干密度的增加而增加，而內(nèi)摩擦角則是先增加后趨于穩(wěn)定；對(duì)相同干密度的尾礦，經(jīng)過凍融循環(huán)后其粘結(jié)力和變形模量會(huì)有所降低。在相同凍融條件下，尾礦的粘結(jié)力和變形模量均隨含水率的增加而減小，且含水率不同，對(duì)各個(gè)參數(shù)的影響不同。當(dāng)含水率為5％—10%之間時(shí)，尾礦的粘結(jié)力受凍融條件影響較大；當(dāng)含水率為15%，變形模量受凍融條件影響較大；含水率為10%，內(nèi)摩擦角受凍融條件影響較大。
　?、芤择R鞍坪礦山廢石綜合