不同固結(jié)壓力與級配條件下尾礦砂孔隙比特征*

李 巖，孫 威，楊 曦

(1.河北鋼鐵集團礦業(yè)有限公司， 河北 唐山市 063000； 2.華北理工大學(xué) 河北省礦業(yè)開發(fā)與安全技術(shù)重點實驗室， 河北 唐山市 063000)

大型尾礦壩在其全壽命服役運行期內(nèi)，往往存在高浸潤線、壩體結(jié)構(gòu)缺陷、排滲系統(tǒng)淤堵、滲透破壞以及排洪隧洞塌落等各類典型安全隱患。而尾礦砂滲透系數(shù)對滲透破壞有直接影響[1-3]。滲透系數(shù)主要受孔隙比大小的影響，而孔隙比受固結(jié)程度與顆粒級配2種因素雙重影響。相關(guān)專家對固結(jié)壓力變化情況下的孔徑分維值規(guī)律進行分析，孔徑分維值也隨著固結(jié)壓力的增大而逐漸減小，這與固結(jié)壓力增加情況下孔隙比的變化規(guī)律相似[4-8]。但是，對尾礦砂原狀樣固結(jié)壓力與顆粒級配對孔隙比的影響沒有進行深入研究。通過對尾礦壩原狀樣固結(jié)壓力與顆粒級配進行分析，確定了其對尾礦砂孔隙比的影響。

1 不同固結(jié)條件下尾礦砂孔隙比特征

對試樣進行不同固結(jié)壓力下固結(jié)試驗，加載壓力最高為400 kPa，得e-p曲線與e-lgP曲線如圖1所示。觀察圖1可知，隨著固結(jié)壓力的增大，試樣孔隙比逐漸減小。而e-lgP曲線近似于直線，說明尾礦砂不具備明顯的結(jié)構(gòu)性。

2 不同級配條件下尾礦砂孔隙比特征

以分維值表征不同試樣級配情況，對同一埋深情況下的，各個試樣分維值隨孔隙比的變化趨勢進行分析可知，在埋深為10 m和20 m時，隨著分維值的增加，孔隙比逐漸減小，這主要是由于隨著分維值的增大，細顆粒逐漸增加所致。由于埋深與固結(jié)壓力之間呈正相關(guān)性性，故對深度和分維值影響下的孔隙比進行二元一次擬合分析，結(jié)果如下：

e=0.0033H-0.3506D+1.5885(R2=0.8144)

式中，e為孔隙比；H為埋深，m；D為分維值。

兩者呈現(xiàn)較好的相關(guān)性，說明孔隙比受固結(jié)壓力與顆粒級配的雙重影響。

圖1e-p曲線與e-lgP曲線

圖2 孔隙比隨分維值變化趨勢

3 結(jié) 論

原狀尾礦砂不具備結(jié)構(gòu)性，其孔隙比主要受固結(jié)壓力與顆粒級配的雙重影響，當固結(jié)壓力逐漸增大時，孔隙比逐漸減小；當尾礦砂分維值逐漸增大時，孔隙比逐漸減小。原狀尾礦砂孔隙比受固結(jié)壓力與顆粒級配的雙重影響。