凍融循環(huán)作用下尾礦力學(xué)特性的試驗研究.pdf

1、尾礦庫是一個非常復(fù)雜的土工建筑物，亦是礦山最大的危險源。按照尾礦庫的地域分布情況，我國大部分尾礦庫位于凍土地區(qū)。凍土地區(qū)的尾礦庫除了存在常規(guī)的風(fēng)險因素外，還面臨凍融循環(huán)作用帶來的危險。目前，國內(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。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、礦為試驗材料，采用人工凍結(jié)的方法，通過室內(nèi)大量試驗，分別對直接凍結(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為工程案例，對其尾礦壩在常規(guī)條件下和凍融循環(huán)條件下的穩(wěn)定性進行了計算分析。論文的主要工作及取得的創(chuàng)新性成果如下：
　?、籴槍ξ覈驳V庫的分布地域資料，結(jié)合我國寒帶氣候的地區(qū)劃分，分析了我國尾礦庫所處凍土地區(qū)的具體分布情況，并對凍土地區(qū)尾礦庫可能存

3、在的危害進行了歸納總結(jié)。
　?、谕ㄟ^室內(nèi)單軸壓縮試驗，研究了經(jīng)人工凍結(jié)四類尾礦（尾中砂、尾細砂、尾粉砂和尾粉土）的力學(xué)特性及其四個影響因素（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。在四個影響因素中，凍結(jié)尾礦的單軸抗壓強度與平均粒徑

4、呈對數(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)增長關(guān)系。
　?、弁ㄟ^室內(nèi)滲透試驗、壓縮試驗和三軸剪切試驗（UU），分別研究了凍融循環(huán)對尾礦的滲透性、固結(jié)壓縮性和抗剪強度的影響。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越陡，兩者呈正相關(guān)性；而壓縮模量Es則相反。
　　在研究凍融循環(huán)條件下尾礦抗剪強度與變形模量的變化規(guī)律中，同時考慮了尾礦粒徑、干密度和含水率等因素對尾礦凍融后的力學(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，對各個參數(shù)的影響不同。當(dāng)含水率為5％—10%之間時，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。
　　④以馬鞍坪礦山廢石綜合