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饱和尾矿料动力变形特性的试验研究

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摘要：介绍对两种饱和尾矿料(尾矿砂和尾矿泥)的动力变形特性进行的一系列试验研究。试验结果表明，饱和疏松的尾矿料具有敏感的不稳定结构，在往返加荷条件下，同一种尾矿料对于不同的固结比，其压力效应的试验结果可以近似地用同一条直线来表示。在固结应力条件和振动次数一定时，饱和尾矿料的残余轴应变随动剪应力比的增大而增大，其变化规律不仅在双对数坐标中呈线形关系，而且，在较小的动剪应力比变化范围内试样就会因残余轴应变的迅速增大而进入破坏状态。?

关键词：尾矿料?动力变形特性?矿物成分?

????我国现今的尾矿坝大部分都是用上游法建造的。这些尾矿坝以及尾矿库中的尾矿料，通常处于饱和的疏松状态，颗粒较细，比重较大，由于颗粒组成、矿物成分等因素的影响，它们看似稳定，实际上对扰动非常敏感，在地震中很容易发生液化和破坏性变形，S.G.?Vick指出[1]：“迄今所报道的所有在地震中发生流动破坏的尾矿坝都是用上游法建造的。”不仅是设计和建造方法使得当前我国已建的尾矿坝有不少具有潜在的危险，而且，为了节省占地费和居民的动迁费，减少环境污染，有的矿山工业还在废弃的尾矿库上建起了高达百米左右的排土场，排土场的地基大部分是位于水下的尾矿料，这些饱和的尾矿料在地震情况下的动强度、动变形、液化特性以及稳定性，都是需要进行试验研究的问题。迄今为止，对于尾矿料动力特性的研究，我国虽然已经开展了一些工作，并取得了一些成果，但是，和天然土料的研究成果相比，还远远不够，可参考的尾矿料动力特性的资料还比较少，特别是矿石的种类繁多，矿物的化学成分复杂，进一步增加了对尾矿料研究的难度。另一方面还存在着人为的社会因素，由于对于尾矿料的研究和尾矿坝的建造，需要投入大量的经费，这种投资要加到矿业的成本上，从某些方面看又无法收回，这就使得不少的矿业部门对于这方面的研究主动性不够。加强对尾矿料动力特性的研究，开展对尾矿坝和废弃尾矿库的利用工作，对于节省投资、减少环境污染，保障工程的安全，具有重要的社会意义和现实意义。

????作者通过对饱和尾矿料的一系列试验，研究了尾矿料在往返加荷条件下的动力变形特性，对用尾矿料充填的地基土层不同于天然地基的某些现象进行了分析和讨论，所得结论，可为尾矿坝设计和废弃尾矿库的开发利用提供依据。

1??试验土样、仪器与方法

????试验所用尾矿料取自一个铁矿的尾矿库。该尾矿库中的尾矿料大致可分为两种，尾矿砂和尾矿泥，大部分位于水下，处于较为疏松的饱和状态。尾矿砂的比重为2.88，平均相对密度约为0.49，中间粒径约为0.058mm，属颗粒较细的尾粉砂，其中还含有少量的尾细砂，主要成分是石英，不均匀系数为4.1，属于不良级配；尾矿泥的比重为2.84，饱和含水量为34.9%，孔隙比为0.99，中间粒径约为0.006mm，根据液限和塑限试验结果，其液限为29.2%，塑限为23.0%，塑性指数只有6.2，按塑性图分类，属于尾粉土，由颗分曲线可知，颗粒中小于0.005mm的粒径含量为39%，在显微镜下观察，其颗粒中石英含量较多，粘土矿物颗粒较少，矿物成分具有尾矿砂的特点，试验中发现，它的亲水性很弱。由现场地质勘测资料分析，试验中所用的尾矿砂和尾矿泥，试样制备干密度分别取为1.55g/cm3和1.43g/cm3，颗分曲线见图1。

????尾矿料的动力残余轴应变试验采用DSZ-100型电磁式动三轴仪和S-3-D型液压式动三轴仪。电磁式动三轴仪，试样尺寸为50mm×100mm，最大侧向应力为0.5MPa，最大轴向应力为1.0MPa；液压式动三轴仪，试样尺寸为100mm×210mm(Kc=1)和100mm×230mm(Kc=2)，该仪器的最大侧向应力为1.5MPa，最大轴向应力为7.6MPa，以上两种动三轴仪的循环荷载激振频率均选用1Hz，试验的激振波形采用正弦波。尾矿料的动剪模量和阻尼比试验是在DTC-158-1型共振柱仪上进行的。该仪器为底端固定、上端附有质量块的弹簧阻尼系统。仪器的最大侧向应力为1MPa，最大轴向应力为25MPa，可测试的剪应变幅范围为10-6～2×10-3，试样尺寸为50mm×100mm，有关参数和波形可通过仪器系统显示、记录并进行处理。

????尾矿料动三轴试验的原理和方法以及共振柱试验的方法和资料整理按《土工试验规程、SL237-1999》进行[2]。试验全部采用饱和试样。除尾矿砂在DSZ-100型电磁式动三轴仪上进行动力残余轴应变试验时采用煮沸饱和水下装样外，其余试验均采用干装法，控制干密度装好干样后进行真空抽气，然后由底部通入脱气水进行饱和，使孔隙水压力系数B值达到0.97以上。饱和后在一定的固结应力条件下排水固结，而后，施加不同的动应力进行试验。转贴于