某尾礦填料土工試驗研究

史 向 慶

(中國有色金屬工業(yè)西安勘察設(shè)計研究院，陜西 西安 710054)

0 引言

近年來隨著礦山建設(shè)的飛速發(fā)展，尾礦壩建設(shè)與穩(wěn)定性評價是至關(guān)重要的一項工作，而尾礦壩穩(wěn)定性評價的可靠程度，主要取決于強度指標的精確性，因而獲取精確強度指標是非常關(guān)鍵的。

尾礦是一種選礦廢棄物，用于構(gòu)筑尾礦壩壩體，根據(jù)分選工藝的不同，其顆粒的粒徑組成有所差別，不同的粒徑組成直接影響了壩體的滲透性、壓縮性和抗剪強度。

本次試驗土樣選用陜西省八一銅礦火底溝尾礦庫，由粉砂、粉土、粉粘組成。為了分析尾礦庫堆積規(guī)律及物理力學(xué)性質(zhì)，對尾礦進行分類研究，分別統(tǒng)計了尾粉砂、尾粉土和尾粉粘的試樣成果，該項研究是最基礎(chǔ)性的工作，但對將來的研究很有價值。

1 試樣的基本物理性質(zhì)

本次研究采用室內(nèi)土工試驗的常規(guī)方法，進行了試樣的三項基本指標測試，換算干密度、孔隙比和飽和度。其物理性質(zhì)試驗結(jié)果見表1。

表1 物理性質(zhì)成果

由表1可知，試樣的含水率隨粘粒含量的增大而增大，說明粘性礦物的吸水性較強。試樣的干密度和孔隙比能夠反映試樣堆積的密實性，從表1中數(shù)據(jù)可知，尾粉土的密實性最好，尾粉粘的密實性最差。這進一步說明尾粉粘中的孔隙中充滿了水分，對壩體的整體穩(wěn)定性影響較大。

尾礦不同于一般土類，其比重整體在3.0左右。表1中的飽和度是試樣送回試驗室后所得，與現(xiàn)場的實際飽和度存在著差別，水分有不同程度損失。根據(jù)GB 50021—2001巖土工程勘察規(guī)范劃分，尾粉土的平均孔隙比為0.88，屬于中密，處于可塑狀態(tài)，尾粉粘也處于可塑狀態(tài)。

2 試樣的顆粒特性

尾礦土的粒度構(gòu)成，決定了尾礦的整體性質(zhì)，是十分重要的物理指標，本次試驗研究對尾礦土進行了顆粒分析，分析結(jié)果見表2。

表2 粒徑分析表

分析表2認為，尾粉砂、尾粉土的均勻性較差，尾粉粘的均勻性較好，通過表2中粘粒含量可以判定，尾粉粘的透水性較小，可塑性和收縮性較尾粉砂和尾粉土大，因此要保證壩體的穩(wěn)定性，按照一定比例混合，確保新的堆積方式，能起到排水效果較好，且穩(wěn)定性高的壩體。

3 試樣的固結(jié)特性

固結(jié)壓縮是評價試樣堆積效果的一種途徑，固結(jié)變形量的大小與整個壩體的穩(wěn)定相關(guān)。尾礦砂與尾礦土相比較，尾粉砂的排水性強，進而其固結(jié)效果較好，相比尾粉土、尾粉粘排水較為困難，所以含水率較大，且固結(jié)穩(wěn)定時間較長，試驗結(jié)果見表3。

表3 壓縮性指標成果表

分析表3中的孔隙比和壓縮指標，隨著粒徑由細變粗，試樣在100 kPa～200 kPa下的壓縮系數(shù)逐漸增大，相應(yīng)的壓縮模量有所減小。為此，筆者分析認為，粗顆粒架構(gòu)對變形的影響極大，顆粒越粗，變形就相對較小，但這種變形小的前提是粗顆粒形成穩(wěn)定的骨架，且其中有細顆粒充填時，相對比較密實，才能保證壓縮性減小。

4 試樣的滲透性

尾礦的滲透性變化范圍大，且因分選工藝而變，所以豎向的滲透系數(shù)與水平方向上的滲透系數(shù)有時相差十幾倍。這是因為豎向滲透系數(shù)其主要由土層中最細的那一層土起作用，而水平滲透系數(shù)則由整個斷面的滲透性共同決定。本次研究采用變水頭試驗方法進行，試驗結(jié)果見表4。

表4 滲透性試驗成果

在試驗過程中，因尾礦堆積過程中各種粒徑的樣品互層較多，相互影響，所以滲透系數(shù)變化范圍較大。整個樣品的透水性主要取決于樣品內(nèi)充填的細顆粒的含量，對滲透與穩(wěn)定計算的取值都是一個難點。但從試樣的試驗結(jié)果看，滲透性的變化也符合上述規(guī)律。

5 試樣的強度指標

抗剪強度指標是分析穩(wěn)定性的最重要指標之一，影響尾礦的抗剪強度指標因素較多，含水率、孔隙壓力、顆粒組成等。

本次試驗固結(jié)快剪、靜三軸試驗做了制備樣室內(nèi)試驗。試驗結(jié)果見表5。

表5 抗剪強度試驗成果

從表5中可以看出，尾粉砂的飽和固結(jié)快剪強度指標與三軸飽和固結(jié)不排水剪強度指標相差較大，尾粉土與尾粉粘二者試驗指標的差別相對較小，但三軸試驗指標明顯偏高。這與天然土的剪切試驗規(guī)律恰恰相反，這種規(guī)律在快剪與不固結(jié)不排水剪中是否成立，其原因何在，有待進一步的研究。

6 結(jié)語

1)孔隙的大小、礦物成分和尾礦的組成粒徑，影響了尾礦的三項基本指標，也就決定了基本物理性質(zhì)。

2)尾礦的強度指標試驗，宜做現(xiàn)場大剪試驗，結(jié)合室內(nèi)三軸、直剪所得強度指標綜合評價。不能僅限于室內(nèi)直剪試驗，因該試驗難以控制排水條件。室內(nèi)三軸試驗的排水條件易于控制，但試樣質(zhì)量不宜保證，有條件時，最好進行固結(jié)不排水試驗。

3)比重試驗的過程不宜控制，尾礦的比重與其他土相差較多，這與尾礦料中所含礦物有關(guān)，建議對不同類別的尾礦建立試驗數(shù)據(jù)庫。

4)尾礦的互層現(xiàn)象嚴重，在一定程度上影響了尾礦的滲透性、抗剪強度等指標，所以試樣的制備方法也影響試驗結(jié)果。

[1] 華東水利學(xué)院土力學(xué)教研室.土工原理與計算[M].北京：水利電力出版社，1982.

[2] 王鳳江，張作維.尾礦砂的堆存特征及抗剪強度特性[J].巖土工程技術(shù)，2003(4)：209-212.

[3] YSJ 225—92/YB J42—92,土工試驗規(guī)程[S].