尾矿坝坝体沉积尾矿的动强度特性

尾矿坝坝体沉积尾矿的动强度特性摘要：沉积尾矿是一种特殊性土。坝体沉积尾矿的动力力学性质直接影响到尾矿坝坝体的安全与稳定，动强度试验是坝体动力稳定性分析的前提，通过对尾矿坝坝体沉积尾矿的动三轴试验，分析了坝体沉积尾矿的动强度特性，从而为坝体的动力稳定性分析提供了依据。关键词：尾矿坝；动三轴试验；动强度；特性我国早期的尾矿坝始建于上世纪五十年代初期[1]。随着矿山建设的不断发展，尾矿坝的研究和发展也得到了不同程度的提高。特别是近几年，由于我国国民经济的持续、快速、健康发展以及在加入了WTO后世界经济环境对我国经济的影响，国内的矿山建设和开发又到了一个新的发展高潮。众多矿业公司在扩大生产的同时，也日益关注尾矿处理问题和可持续发展等问题，对尾矿坝的研究也迫在眉睫。1工程概况鲁中冶金矿业集团公司御驾泉尾矿库于1985年9月随选厂投产启用，1989年2月采用废石土筑坝，初步设计采用上游法筑坝，设计坝高94m，坝顶标高350m，总库容3590万m3，汇水面积1.93Km2，主要由初期坝、尾矿堆积坝和排水系统组成，初期坝为滤水堆石坝，高29m，堆积坝高65m，坝内设7个周边多孔溢水塔。当年完成了第一期子坝。为了研究这一筑坝方法的可行性，先后进行了多种研究性试验和多种坝高可行性分析，并于1992年到1993年初进行了该坝历史上第一次岩土工程勘察工作和稳定性分析与计算。目前，该坝已堆至316m标高，总坝高60m。由于坝体沉积尾矿成分的复杂性，现无法再使用上游法筑坝。为了不影响坝体的安全和公司的生产，通过研究决定在目前的316m标高水平改用中线法筑坝，为了分析目前坝体的稳定性和继续加高的可行性，2003年5月又进行了一次岩土工程勘察工作。根据有关规范要求，御驾泉尾矿坝场地的抗震设防烈度为7度，应进行动强度试验。2坝体沉积尾矿的工程分类[2]沉积尾矿是一种特殊性土。目前，沉积尾矿的分类国内尚无统一标准，《上游法尾矿堆积坝工程地质勘察规程》（YBJ11-86）也已执行多年。虽然各行业积累了丰富的经验，尾矿的工程分类也有不少研究成果，但多采用工民建标准和原水电部标准的较多，本文采用《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）的分类方法。经过试验结果的初步分析，该方法用于坝体尾矿的分类是适宜的。按照《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002），将坝体尾矿分为：尾粉细砂、尾粉土、尾粉质粘土和尾粘土。3坝体沉积尾矿的动强度试验[3][4]土的动力性质是指土在各种动力作用下所直接或间接表现出来的某种反应和效应。动三轴试验是从静三轴试验发展而来的，通过对试样施加模拟的动主应力，同时测求试样在承受动荷载作用下表现的动态反应。动三轴试验的目的是测定尾矿砂、尾矿土的动力特性指标及其抗液化强度。3.1试样的采取与制备通常情况下，坝体沉积尾矿的动强度试验采用扰动土样，即根据野外现场测定的土的密度在室内配制。本次勘察我们采用了原状土样，主要是考虑到本次试样采取时采用了快速静力压入法，取土器为上海金勘生产的TB80型敞口薄壁取土器，并在土样的包装、运输过程中都采用了有效措施避免了土样的扰动，且室内试验结果显示土的密度与现场试验结果一致。故采用原状土做试验代表性更强，更能满足试验要求。试样制备采用φ50×100mm激振频率选用1Hz。对于粉细砂、粉土在仪器上装样后抽真空，再由底部通脱气水循环饱和，所有试样保证孔隙水压力系数值达到0.98以上。试样饱和后，在规定固结压力状态下固结。固结稳定后，进行预定的动力试验。对于粉质粘土和粘土将成样放入饱和缸内抽真空2小时后进水饱和，并浸泡12小时。试验时将试样从饱和器内取出，安装在仪器试样底座上，在规定固结压力状态下固结。固结稳定后进行预定的动力试验。3.2试验仪器辞动三轴试验采辟用日本生产梁的蒸S-3-战D超中型液压振动掩三轴仪，该仪涝器的最大侧向孙应力遭为剩1.5MP扮a隙，最大轴向应拨力鬼为恩7.6MP委a戏，激振波形采光用正弦波。承3.3饼赢试验条件沉动强度是土相件应于某一破坏近标准的动抗剪晚强度，破坏标剃准可以是不同愁的轴向应变值麻，悔如且2.5乏%久、头5.0数%洲或康10.0偷%帜轴向应变值，湿也可以是液化吴，具体采用什场么标准，根据半工程需要而定格。本次勘察对浮坝体沉积尾矿堂进行了饱和非法等向固结情况耐的的动强度试赔验，动强度试中验叛以樱5她%烛轴向应变作为颗破坏标准，采嗓用了一种固结捏比驱：俊K镜c吉=1.纽5灯，两种固结压则力邪：蛙100kP拢a废和略400kP渡a背。求3.4霜雹试验结果睬动三轴试验结朱果整理为动剪疼应力集比戴△冈τ哲/棍σ租0沈′节与破坏振队次月N娇f吐的关系，各沉笋积尾矿的试验镰结果如助图屯1驻～滥图艳4硬。须局御蛛父乞至求社重型盛旗需际碌合1毁—钉σ根1哗＇丛=100Kp盯a答；陷2特—美σ誉1夜＇辽=400Kp消a苗图洪1删膝粉细砂策△县τ劝/磁σ答0何′涝与刘灾N纯f辽关系曲线（臣K互c萍=1.桨5桌）泼治1餐—到σ仇1缠＇踩=100贿Kpa械；它2脏—兵σ转1呜＇助=400野Kpa期奋乳图尚2厚姻斜粉土玩△度τ辛/魔σ窑0谜′喇与彻别N赤f街关系曲线（奔K饱c肌=1.确5让）鼠繁成1闪—冲σ晚1湖＇烟=100Kp撑a耍；折2淹—护σ据1笑＇小=400Kp信a压猪图胀3展广粉质粘土绵△区τ孔/狭σ晶0坦′较与项垃N检f尚关系曲线（跳K砖c号=1.灌5支）纽位贫1坡—壶σ盏1核＇技=100Kp事a换；行2汁—毯σ茂1月＇勉=400Kp颤a少图看4比祸粘土何△惯τ细/伪σ慧0铸′夏与珍剥N漠f吸关系曲线（棵K罗c裳=1.涂5航）舒根据霜图巷1飞～肿图砍4指可整理出破坏任振墓次待N赴f向时潜在破坏面塔上的地震总应掠力抗剪强秩度狗τ炕fs绒与初始有效法充向应芦力数σ补f0脾′纯的关系。在实湾际使用时，由辜于实际地震动冰荷载为幅值和狼频率都是不规帖则的波形，在急使用试验结果版时，可采用等宾效的方法将地回震不规则荷载咏换算为等效破技坏的周期振动喜荷载，通常在毯等效的均匀剪痕应力父取辅0.6俗5畜τ麻max瘦时，等效振芳次痕N受与震处级惧M炸有如吩表正1西的大致关系。幼表行1族梦削等效振动周次稠与地震震级的权关系歇M皇(葱级跌)球5.勤5巩～桥6.0定6.5镜7.0鞋7.5体8.0级N紫(兔次俭)爆5间8旧12后20究30变本次勘察按等音效振动周役次仰N=1琴0竿次报和祥N=2碍0崇次整理试验结欧果，对应的地塔震震级映为愉6.墓5堡～京７梨.江０羽和润7.督5投级，各沉积尾瞧矿的地震总应毙力抗剪强度曲迷线如伟图衬5苦～钟图疯8肚，图中虚线（惭红线）为静力型试验。沉积尾永矿的动三轴试裳验结果如滥表唤2蜻。呜1漠—洽N评f羡=1切0基；滥2撒—名N治f建=20农图朗5臭智粉细砂稳τ缴fs德与犹σ双f0田′远关系曲线（进K豪c膛=1.电5猾）朴1竿—揭N么f雅=1求0胃；聋2售—终N琴f宾=20柏图扣6柿羊粉土题τ怒fs艳与伶σ格f0片′要关系曲线（挥K杜c衣=1.亿5装）斩1险—刘N立f浇=1杀0窝；扎2亩—灰N吩f参=20册图膏7且恶粉质粘土轮τ界fs惯与棍σ位f0丽′瞎关系曲线（移K垮c愿=1.名5登）瞧1汇—抓N皱f绸=1咏0葛；味2连—浓N蚂f进=20球图娘8幕壳粘土严τ来fs对与瓶σ叨f0族′营关系曲线（缠K岔c臣=1.烧5裕）璃表撑2救雁动三轴试验结搅果柳土样愈紫跑醒使式助绘炕膀师碗蔑蜂畏殖遮考础执乐嫂隙男糠忌逐声吹凶曲丙或猫诊拉租侵积繁词帮祖凶狗kPa易kPa模kPa慕kPa快kPa滔任kPa钢kPa爪kPa呼仆撒剥扫管垦板浙集赛苗假怖夺腹忌轿狱役猴贷选喝忌摊黄柜纷际炒立格善和剥仍捎欣控葛箱惠咽写扯展撒落元辫妨递抖抛概齐吐盖含丽斩五拒学出梁倡仍殃登凑攻然卸赖圈凡梦丘汗渔盈泛青句齐帜矮食选记渣漠荐泰歉毒巧瓣轻乌滩奉壮秀仗猴痕国肉杀茧涛田秒烫着止拣躬4势坝体沉积尾矿本的动强度特性懂从贷图初5茎～采图杜8倾可以看出，地刊震总应力抗剪啊强度曲线呈现毯非线性特征，顷随班着尺σ举fo型′融的增大欣，淋τ纱fs钥的增大速率变角缓，即地震总袍应力抗剪强度雪内摩擦致角翁Ф胜d拉（援t占g伍Ф亲d强=臂τ掉fs兰/贷σ也fo纯′步）变小。在沉仔积尾矿饱和情荡况下，其地震粥总应力抗剪强卖度躲τ挠fs进值都低于静力倦有效抗剪强度匠包线。在进行肃地震稳定分析吧时，地震总应肆力抗剪强顺度锋τ乒fs答的取值都不得术超过静力有效鹰抗剪强度驴。竞5结论粥坝体沉积尾矿获在饱和固结不召排水状态下，稍地震作用会导涛致它们的抗剪各强度降低。在菠等效振次一定邀时，其地震总躺应力抗剪强度会与初始应力状压态有关。参考文献:尾[1启]地《岩土工程手乎册》编写委员丢会亡.娇《岩土工程手铜册修》孟[M]般.耕第三孔版父.裹北修京棍:摩中国建筑工业捆出版桑社兴.1994.炕[2]简某徐宏浩达牲.魄鲁中矿山公司倦御驾泉尾矿库追尾矿筑坝试验霜研究报撕告猫-硬尾矿的物理力跌学性掠质越[R]妻.拖冶金建筑研究此总戚院买.1991.袄[3]汽糟航空航天部航第空工业勘察设俩计研究伤院夹.佛鲁中冶金矿山牵公司御驾泉尾淋矿库工程地质盆勘察报告法书挂[R].19吹93.浆[4]穷塔谢孔风金腾,步高粉鬼闻峰颂,仪张利瓣生挎.掩鲁中冶金矿业渴集团公司御驾狂泉尾矿坝岩土困工程勘察报围告减[R]毒.瓶山东岩土工程驶勘察总公辨司霞.2003.队Dynami蕉cStre准ngthC蝴haract聋eristi踩cofT亡ailing宏sDam脊’诱s鬼锦Sedime耻nts删Abstra仿ct:刘Gangu院esedi妈ments宜isas长pecial换soil.封Theta迹ilings蜂da教m秩＇宰ssafe滩tyand早stabi辉lityw臂illbe熟influ候enced按bythe请dynam宰icmec玻hanica泉lprop壮erties渣ofth悠etail终ingsd骆a市m寇’灯ssedi狗ments,树dynam锹icstr柄ength谱text你isap位rerequ宜isite厘for陆analyz麦ing凳thed诉ynamic籍stabi水lityo择ftail泼ingsd饮am.短Bythe假晃dynami公ctria痒xialt叨estof浆taili科ngsda厚m理’枯ssedi牛ments兽,彩循dynami澡cstre敌ngthc爽haract苏eristi架coft扑ail