尾礦料的力學(xué)性質(zhì)研究

黃燕偉 黃海燕 張慧穎

摘 要：通過對(duì)云南某尾礦庫(kù)的尾礦料進(jìn)行直剪、壓縮固結(jié)等試驗(yàn)，對(duì)其力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究。總結(jié)了該尾礦料在不同干密度下的抗剪強(qiáng)度變化規(guī)律，以及不同干密度下的孔隙比與壓力的關(guān)系曲線及變化規(guī)律。

關(guān)鍵詞：尾礦料;直剪試驗(yàn);壓縮固結(jié)試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TD926.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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

尾礦庫(kù)是存放尾礦料的重要結(jié)構(gòu)，但同時(shí)也是最重要的危險(xiǎn)源，因尾礦壩工程失事造成嚴(yán)重災(zāi)害的實(shí)例屢見不鮮[1]。當(dāng)尾礦壩潰壩后，會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成嚴(yán)重影響，同時(shí)也會(huì)對(duì)社會(huì)穩(wěn)定產(chǎn)生負(fù)面影響[2]。為了切實(shí)了解尾礦料流失對(duì)周邊環(huán)境的影響，就需要在Fluent建模模擬流失時(shí)，建立符合其力學(xué)性質(zhì)的尾礦料進(jìn)行模擬。因此，需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)回的尾礦料在相同含水率下進(jìn)行不同干密度的尾礦料直剪試驗(yàn)、壓縮固結(jié)試驗(yàn)，并以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)分析其力學(xué)性質(zhì)。

1 試驗(yàn)方法

1.1 直剪試驗(yàn)

根據(jù)《土工試驗(yàn)規(guī)程》（SL 237—1999）[3]，開展在相同含水率（15%）時(shí)不同干密度情況下的尾礦料固結(jié)快剪試驗(yàn)。

具體操作為：在含水率（15%）相同的情況下，將相同級(jí)配的尾礦樣進(jìn)行4組不同干密度的快剪試驗(yàn)（每組4個(gè)），分別為1.2、1.3、1.4 g/cm3和1.5 g/cm3，然后分別對(duì)每組的4個(gè)試樣加上50、100、200 kPa和300 kPa的荷載靜置一段時(shí)間充分固結(jié)后，放入直剪盒剪切試樣，使試樣在3～5 min內(nèi)剪損，記錄相應(yīng)荷載下的剪切位移峰值，重復(fù)4次記錄不同干密度下的直剪試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1.2 壓縮固結(jié)試驗(yàn)

根據(jù)《土工試驗(yàn)規(guī)程》（SL 237—1999）[3]，開展了在相同含水率（15%）情況下，不同干密度的尾礦料在逐漸加壓時(shí)的固結(jié)試驗(yàn)。

具體操作為：配置好相同含水率（15%）不同干密度的試樣，將試樣放入剪切盒內(nèi)，在環(huán)刀上部墊上濾紙?jiān)俜派贤杆来畏藕米o(hù)環(huán)、加壓上蓋、小鋼珠。最后，將量表導(dǎo)桿調(diào)至合適位置，先加50 MPa的荷載，讀出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時(shí)百分表的讀數(shù)，精確到0.01 mm，再將荷載加至100、200 MPa和300 MPa讀數(shù)。每組試樣均重復(fù)上述步驟。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果

2.1 直剪試驗(yàn)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)后所得各級(jí)荷載下尾礦料的固結(jié)抗剪強(qiáng)度值如表1所示。

以垂直荷載為橫坐標(biāo)，抗剪強(qiáng)度為縱坐標(biāo)繪制不同干密度下相應(yīng)的抗剪強(qiáng)度與垂直壓力關(guān)系圖，如圖1所示。

依據(jù)圖1得出不同干密度下尾礦料的力學(xué)指標(biāo)如表2所示。

從圖1和表2可知：①該尾礦料的黏聚力較小，在荷載相同的情況下，干密度越大其抗剪強(qiáng)度也相對(duì)較大;②干密度相同時(shí)，荷載越大抗剪強(qiáng)度越大;③內(nèi)摩擦角也隨著干密度、黏聚力的增大而增大。

2.2 壓縮固結(jié)試驗(yàn)結(jié)果分析

經(jīng)計(jì)算可得試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3和表4所示。

以孔隙比[e]為縱坐標(biāo)，壓力[P]為橫坐標(biāo)繪制孔隙比與壓力的關(guān)系圖如圖2所示。

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)所繪關(guān)系圖可以知道：①孔隙比隨著壓力的增大而減小，后期施加荷載其孔隙比變化的絕對(duì)值要比前期增加荷載變化的小，說明土顆粒之間越來越緊密，土體越來越難壓縮;②相同含水率時(shí)，不同干密度試樣的孔隙比在相同壓力下隨著干密度增大而減小;③壓縮模量隨著壓力的增大而減小，壓縮系數(shù)隨著壓力的增大而增大。

3 結(jié)語(yǔ)

①干密度與荷載均對(duì)該尾礦料的抗剪強(qiáng)度有所影響，兩者越大抗剪強(qiáng)度越大。

②尾礦料隨著固結(jié)時(shí)間的變長(zhǎng)以及荷載的變大，土體顆粒之間越發(fā)緊密，越難以壓縮。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐宏達(dá).我國(guó)尾礦庫(kù)病害事故統(tǒng)計(jì)分析[J].工業(yè)建筑，2001（1）：69-71.

[2]梅國(guó)棟，王云海.我國(guó)尾礦庫(kù)事故統(tǒng)計(jì)分析與對(duì)策研究[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2010（3）：211-213.

[3]中華人民共和國(guó)水利部.土工試驗(yàn)規(guī)程：SL 237—1999[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，1999.