某尾矿坝毛细水带内的坝体材料物理力学特性研究

毛细水的存在将使尾矿坝坝体材料的物理力学特性发生较大变化,这种变化对尾矿坝的安全稳定势必产生影响,而国内外在此方面的研究工作却鲜有报道。为此,开展了某尾矿坝坝体材料现场取样、室内土工试验工作,并采用自制的毛细水带分层取样试验装置开展了长达6个月的毛细水上升测试工作,通过分层取样及土工试验,得到了毛细水带内尾矿砂的物理力学特性,进而系统地研究了毛细水带尾矿砂的含水率、重度、黏聚力、内摩擦角等物理力学指标随毛细水高度的变化特征。研究发现,毛细水带内尾矿砂的含水率和重度均随毛细高度而减小;黏聚力和内摩擦角的变化均随毛细高度和含水率呈先增大后减小的变化规律,其中内摩擦角的变化规律与以往相关研究所得结论并不完全相符,分析指出,这是由于毛细水和尾矿砂颗粒的表面特性所导致的;简要分析了抗剪强度随毛细高度的变化规律,发现其受毛细作用影响较大,呈先增大后减小的变化趋势。研究结果为坝体、边坡等工程的稳定性研究工作提供了一种新思路,为今后建立考虑毛细水作用下尾矿坝稳定性分析方法和理论奠定了基础。     

酸碱溶液作用下尾矿砂压缩特性的试验分析

为研究不同pH值酸碱溶液对尾矿砂压缩特性的影响,通过应用自行研发的固结渗透装置,对采自辽宁省铁岭市红印尾矿库尾矿砂进行试验研究,测得不同pH值酸碱溶液浸泡后的尾矿砂孔隙比,压缩系数及压缩模量等参数随pH值变化的规律,结果表明:酸碱溶液浸泡后的尾矿砂在固结压力的作用下,初期变化速度很快,然后逐渐趋于平稳;且酸溶液浸泡后的尾矿砂孔隙比最小,蒸馏水浸泡后的尾矿砂孔隙比最大;酸(碱)溶液pH值与尾矿砂压缩系数呈单调递增(减)关系;酸碱溶液浸泡过尾矿砂的压缩模量比原状土大.实验所得的这些参数随pH值变化规律为研究尾矿坝整体稳定提供了一定的理论依据.     

尾矿坝垮塌机制与溃决模式试验研究

基于云南拉拉铜矿小打鹅尾矿库工程设计资料,采用现场排放尾矿砂为试验材料,进行了尾矿堆积坝在洪水情况下发生垮塌破坏的模型试验。通过水流控制系统模拟尾矿坝遭遇洪水情况,采用侧面示踪点、水位测压管、应力传感器以及数码摄像机等设备获得了尾矿坝溃决过程中坝坡的位移矢量演化、浸润线与应力的变化特性以及坝体破坏发展过程,揭示了洪水作用下尾矿坝的垮塌机制和溃决模式。试验结果发现：尾矿堆积坝的浸润线变化存在滞后性;在洪水入库致库区最高设计洪水水位过程中,靠近坝坡中部处水平方向的总应力增量较垂向总应力增量大,增大的水平应力是坝体产生破坏的重要因素之一;洪水导致坝坡尾矿砂所受的渗透力、上浮力、重力以及孔隙水压力增大,削弱了坝体材料的黏聚力,并加大了自身荷载,降低了坝体的稳定性;尾矿坝溃决模式一般为逆流渐进型,破坏先是从坡脚处发生,继而向上游发展,呈现牵引式发展,破坏的滑动面由多个弧形滑移面构成。研究成果加深了对尾矿堆积坝垮塌机制和溃决模式的认识,并在洪水灾害的预防和控制方面作了一些新的探索     

含水率影响下尾矿砂内摩擦角随标贯击数变化研究

尾矿砂样品在运输和存放过程中均存在易扰动的特点,但考虑到工程造价以及人力资源等因素,目前在大部分上游式尾矿坝的工程地质勘察中难以建立现场试验室,所得抗剪强度指标与实际情况存在一定误差。针对这种现状,结合某铅锌矿尾矿坝现场试验结果,从现场简易试验获得的含水率和标准贯入击数进行分析,并对基于含水率影响下尾矿砂内摩擦角随标准贯入击数变化规律进行了研究,提出了考虑上覆压力作用下标准贯入击数的修正公式,并推出了用标准贯入击数估算尾矿砂内摩擦角的方法。通过几个实例验证：除当修正后的标准贯入击数N1>8（5%< <20%）情况下以外,该方法均能够有效地估算尾矿砂内摩擦角。研究结果表明,该方法在以后的上游式尾矿堆积坝的工程地质勘察工作中具有较强的应用价值。     

考虑化学淤堵作用的尾矿砂渗透系数变化规律研究

尾矿库的浸润线对坝体的稳定安全至关重要。尾矿坝体内的化学淤堵会使介质渗透系数减小,坝内地下水位升高,增加渗流破坏发生的可能性。因此,研究化学淤堵对尾矿砂渗透系数的影响规律显得尤为重要。以栗西尾矿库为研究对象,通过现场调研和室内试验相结合的方式,分析了不同浓度的二价铁离子溶液对均质尾矿砂渗透系数的影响规律。结果显示,栗西尾矿库排水设施周边伴有化学淤堵现象发生;粒径为0.315 mm的砂粒质量占尾矿砂总质量的38.82%,比重最大;尾矿废水中二价铁离子的浓度为0.13~0.49 mg/L;二价铁离子引起的化学淤堵使尾矿砂渗透系数的变化规律符合指数函数,其中浓度为0.4~0.5 mg/L、0.2~0.3 mg/L工况下渗透系数的变化过程比较接近,二价铁离子浓度为0.3~0.4 mg/L工况下化学淤堵发生最为迅速,稳定时间最短。     

金堆城尾矿坝加高方案数值模拟及稳定性分析

金堆城尾矿坝为了进行加高设计而对尾矿库区进行了地质钻孔勘探。基于实际钻孔勘探成果,最佳反演分析了各分区-尾矿砂和初期坝堆石体模型的渗透系数、物理力学指标和加高方案下的浸润面分布。结合加高设计方案,采用基于有效应力法的EFES-3D计算程序对该尾矿坝加高后的应力应变场进行了数值模拟和坝坡稳定性分析,得出应力应变场分布图和边坡安全系数。可以看出,在上游法加高方案下,尾矿坝坝坡有涌起抬高现象,安全系数有所降低,不利于尾矿坝的稳定安全和运行管理。为此提出了在加高方案设计中加强排渗设施建议。     

尾矿砂的堆存特征及其抗剪强度特性

以国内多座尾矿库的勘察试验资料为基础 ,从坝体尾矿砂堆存的物理特征出发 ,对尾矿砂沿尾矿库纵、横方向的颗粒变化规律 ,尾矿砂的粒径、含水量、孔隙比以及相对密度与尾矿砂的内摩擦角的关系进行探讨。结果表明 :孔隙比和相对密度对尾矿砂内摩擦角影响较大 ,且表现为线性相关 ;尾矿砂的内摩擦角和堆存深度的相关性不强 ;增大尾矿砂的相对密度或减小其孔隙比对提高坝体抗剪强度非常有利 ;在尾矿砂中铺设土工织物可显著地提高其粘聚力数值     

尾矿坝非饱和带滞水曲线模型的建立及应用

本研究的目的是建立一种简单实用的上游式尾矿坝非饱和带滞水曲线的数学模型。研究方法采用拟合法。在揭示了硬岩尾矿砂的沉积距离与含水率、孔隙比等之间关系的基础上,建立了一种arctanx的函数,用来表征含水率与基质吸力的关系。将本模型应用于降雨入渗条件下饱和-非饱和渗流场分析,结果表明,数学模型与实验数据,具有明显的一致性。研究表明:该数学模型函数简单,适用于上游式尾矿坝。     

某尾矿库勘察中尾矿砂的动强度研究

尾矿库用以堆存金属或非金属矿山排出的尾矿或工业废渣,一旦失事,容易造成重特大事故。尾矿库的安全已经成为一项重要研究内容。尾矿主要为细砂、粉砂等无黏性土,常处于饱和状态,在地震作用下容易发生液化并造成尾矿坝的破坏。以某尾矿库为例,采用动三轴的方法对尾矿砂的动力特性进行研究。对土样施加不同的围压,在振动循环条件下使土样达到破坏标准,以得到应力、应变、振动次数关系曲线;应用摩尔-库伦理论,便可以求出土在动力作用下的动黏聚力(c_d)与动内摩擦角(φ_d)的值。试验结果表明:土的动强度随振动次数的增加而降低,随围压的增加显著提高。通过试验得出的动强度参数,给出勘察指导结果,为下一步尾矿库设计提出理论依据。     

细粒含量对尾矿材料液化特性的影响

为了模拟沉积分选后颗粒组成的变化对尾矿材料的动力特性的影响,尾矿筛分后按不同的细粒（颗粒直径小于 0.074 mm）含量制备尾矿试样,并进行了大量的土动力学试验。分析了细颗粒含量对尾矿材料的动力液化特性的影响规律。研究表明,对于铜矿类尾矿坝的尾矿材料,当细颗粒含量占到总量的35 %时其抗液化性能最佳。根据尾矿材料动力特性试验的研究结果,并结合现场的标准贯入试验成果,提出了适用于尾矿材料的细粒含量对标准贯入击数的修正式。该式可以分析不同细粒含量的尾矿材料的抗液化强度,提高尾矿坝液化判别方法的判别准确程度。     

饱和层状砂土液化特性的动三轴试验研究

利用GDS动三轴试验系统采用等幅循环应变加载方式对含有不同厚度粉土的饱和层状砂土进行了液化强度试验。分析了均匀砂和含有不同粉粒层厚度的层状砂土在循环荷载作用下的变形和力学特性。试验分析表明：由于含粉粒夹层的层状土特殊的土体结构,其孔隙水压力发展规律与一般的无黏性砂土不同;饱和层状砂土的抗液化强度并不是随着粉粒层厚度的增加而单调增加的,而是存在一个临界点;液化临界剪应变的大小与液化判别标准和循环次数有很大关系。试验结果表明,粉粒夹层对层状砂土的液化特性有很大的影响,且更能模拟自然环境条件下的层状砂土地基液化特性。     

尾矿料的动力特性试验研究

通过对某铜矿的尾矿料进行动三轴和共振柱试验,研究了尾矿材料动力变形特性,提出了简单实用的孔隙水压力模型,给出了能更加准确地预测尾矿材料的动孔隙水压力的公式,并将其与Seed提出的预测公式进行了比较。在不同密度尾矿料的动三轴试验基础上,分析了相对密度对液化特性的影响,得出了相对密度小于70 %时抗液化强度随相对密度的增加而明显增加的结论。在不同围压下进行动三轴试验,结果表明：在相同的液化振次条件下,围压越高,动剪应力比越低。由共振柱试验可知,尾矿料的阻尼比随着动剪应变幅的增大而增大,而动剪模量随动剪应变幅的增大而减小,动剪模量和阻尼比与动剪应变幅的关系受围压影响不太敏感。     

Predicting flow liquefaction,a constitutive model approach

In this paper, flow liquefaction criterion for contractive loose sands is analytically extracted based on the fundamental definition of flow liquefaction. In order to obtain the closed form of this criterion, Dafalias–Manzari constitutive model is employed; so the stress ratio at the onset of flow liquefaction is presented as a function of model parameters, state parameter and void ratio. Flow liquefaction line, as a graphical form of suggested criterion in stress space, shows that the peak points of undrained stress paths with same void ratios are not necessarily in a straight line. In order to validate the reliability of proposed flow liquefaction line to predict the onset of instability, it has been compared with the results of experimental tests performed on Toyoura, Ottawa and Leighton Buzzard sands. The verification results show that the present criterion can satisfactorily predict the onset of flow liquefaction in monotonic and cyclic undrained tests of saturated sands as well as the structural collapse in constant deviatoric stress tests of loose dry sands.     

尾矿库溃坝运动特征模拟研究

尾矿库是一个具有高势能的人造危险源,一旦溃坝,将严重威胁下游人民生命财产安全和生态环境保护。由于尾矿库溃坝因素和条件的复杂性,以及溃坝体在下游沟道或场地运动及滞留特征的不确定性,导致尾矿库溃坝后的运动特征预测成为一个难点。本文基于连续介质和非连续介质力学理论,考虑当前流固耦合数值模拟能力和特征,运用Massflow和PFC3D软件,结合无人机精细测量、现场调查和验证分析等手段,开展了多手段相结合的尾矿库溃坝运动特征模拟研究。研究发现,基于PFC3D和Massflow两种数值方法模拟溃坝后的尾矿砂运动过程有所不同。Massflow模拟结果显示,大部分尾砂体沿着尾矿库下游的曲折沟道运移,在沟谷与张唐铁路交汇的涵洞处堆积;而PFC3D模拟结果显示,尾矿库溃坝后大部分尾矿砂沿着尾矿库主体朝向溃决漫流,少部分进入其下游曲折沟道。研究认为,考虑地质体和运动过程的不确定性,对于尾矿库溃坝的运动特征模拟宜结合两种不同理论基础的模拟方法,并结合实际尾矿库情况进行综合分析预测。     

基于广义回归神经网络的砂土液化综合判别方法

基于厦门地区大量钻孔试验数据,分别采用规范法和Seed法对该区饱和砂土进行液化判别。然后选取二者判别结果相同的数据作为训练和测试样本,运用广义回归神经网络,对二者判别结果分歧的钻孔数据进行二次判别。结果表明:广义回归神经网络性能良好,预测准确度高。此外,这种综合判别方法也提高了饱和砂土液化判别的准确度,并为其他地区饱和砂土的液化判别研究提供借鉴和参考。      

Dynamic characteristics of tailings reservoir under seismic load

Earthquake is one of the most important factors that leads to the liquefaction of tailings and to the instability of the tailings reservoir. Therefore, it is of great practical significance to study the instability mechanism of the tailings reservoir under seismic load. In this study, the dynamic characteristics of the tailings reservoir under seismic load were investigated by carrying out a model test on the dynamic characteristics of the tailings dam. A model test of tailings dam failure and the dynamic characteristics model of the tailings reservoir under seismic load were established. Additionally, the dynamic characteristics under a seismic load were investigated. Additionally, the correctness of the dynamic characteristics model of the tailings reservoir was verified by numerical calculation. Researches show that with the increase in input peak acceleration, pore water pressure, earth pressure, and the horizontal and vertical displacements of the dam monitoring points are gradually increased. However, the acceleration amplification factor shows a declining trend. In the process of increasing the input peak acceleration, the saturation line and the lifting speed increases gradually. There is no obvious slip surface in the failure of the tailings dam, and the overall sliding is shown by the failure mode. The tailings reach each of the downstream sections. The mud height increases to the peak value, and then decreases gradually until stagnation. The results of this study can provide the theoretical basis and reference values for the stability analysis of a tailings reservoir under a seismic load, and the results are of great significance for controlling the risk factors in the operation of tailings reservoir, reducing the risk of tailings production safety, preventing the occurrence of tailing pond accidents, protecting the property safety of the downstream residents and enterprises, maintaining social stability around the reservoir area and creating a good ecological environment.     

饱和砂土液化特性的可视化试验研究

针对目前散粒体液化细观机制研究的局限性,对C.K.C型动态三轴仪进行改进,研制了可用于研究散粒体细观组构特征的动三轴可视化试验系统。利用该系统对循环荷载作用下标准砂的颗粒运动规律及细观组构特征进行初步探讨,从颗粒的运动规律、定向性、配位数和孔隙率等细观角度分析了循环荷载作用下饱和砂土发生液化的细观机制,认为液化的发生是土体在循环荷载作用下颗粒不断运动、重新排列的结果,指出颗粒长轴方向、配位数和孔隙率等细观组构参量是反映循环荷载作用下饱和砂土液化宏观响应的重要参量     

钙质砂与硅质砂液化特性对比试验研究

钙质砂颗粒具有形状不规则、多孔隙、强度低、易破碎等特点,较硅质砂表现出更为复杂的液化变形特性。本文对相同级配的钙质砂和硅质砂进行了物性试验、不排水循环三轴试验、轻型动力触探试验,研究两种砂在物理性质、抗液化能力和贯入阻力三方面的差异,分析实验结果得到结论如下:(1)钙质砂比硅质砂具有更大的孔隙比和内摩擦角,这与钙质砂颗粒特点相匹配;(2)砂土抗液化能力随着相对密度的增大而增大,相同相对密度下钙质砂比硅质砂具有更高的抗液化能力和抗变形能力;(3)砂土贯入阻力随着相对密度的增大而增大,相同相对密度下钙质砂比硅质砂具有更高的贯入阻力。综合不排水循环三轴试验和轻型动力触探试验的结果,指出采用陆源硅质砂地基上经验数据建立的基于贯入阻力的液化判别方法直接用于钙质砂地基可能偏保守。