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试验仪器动三轴试验采用日本生产的S-3-D中型液压振动三轴仪，该仪器的最大侧向应力为1.5MPa，最大轴向应力为7.6MPa，激振波形采用正弦波。3.3试验条件动强度是土相应于某一破坏标准的动抗剪强度，破坏标准可以是不同的轴向应变值，如2.5%、5.0%或10.0%轴向应变值，也可以是液化，具体采用什么标准，根据工程需要而定。本次勘察对坝体沉积尾矿进行了饱和非等向固结情况的的动强度试验，动强度试验以5%轴向应变作为破坏标准，采用了一种固结比：Kc=1.5，两种固结压力：100kPa和400kPa。赛3.4护损试验结果厨动三轴试臣验结果整逐理为动剪肌应力侨比弄△判τ赛/茎σ歼0且′衫与破坏振励次傅N腔f俩的关系，论各沉积尾耕矿的试验贺结果如渔图症1君～犯图础4鲜。蕉1川—局σ早1弟＇骨=100叔Kp挡a烈；怪2民—说σ纸1队＇倚=400伐Kpa俩图亚1虾狡粉细砂毅△魔τ隐/班σ弓0忧′崭与垃削N即f丑关系曲线祝（皂K象c器=1.已5旨）卷倚迁1羽—私σ饭1效＇宅=100霉Kpa套；功2最—壳σ泻1肤＇旅=400别Kpa仆图担2翅供弊粉土茫△锣τ禽/皱σ拔0钥′础与路耻N地f育关系曲线壳（富K绩c绒=1.积5阀）详泼章1匪—酬σ穗1珠＇所=100唤Kp岭a蛋；之2丙—夸σ亮1晚＇臂=400惨Kpa拨生图抵3火栽粉质粘土蒸△哗τ由/区σ椅0序′黑与变傅N贺f高关系曲线头（畏K歌c阅=1.灿5藏）锣哨饺湿1底—少σ唉1樱＇脉=100符Kp奉a踪；羞2寇—礼σ穗1急＇惩=400司Kpa锯图躁4钥炉粘土鲁△名τ烫/直σ丘0排′蠢与下剑N咱f虎关系曲线惩（田K霉c候=1.我5耽）安根据胃图扯1齿～六图堪4福可整理出裁破坏振积次盯N拐f餐时潜在破蝴坏面上的授地震总应桐力抗剪强腔度益τ苏fs缩与初始有赞效法向应建力终σ魄f0穗′纷的关系。碑在实际使举用时，由府于实际地祥震动荷载籍为幅值和峰频率都是支不规则的驾波形，在埋使用试验墓结果时，撑可采用等倾效的方法该将地震不日规则荷载武换算为等震效破坏的轨周期振动肝荷载，通祸常在等效杀的均匀剪线应力碍取拜0.6石5胖τ政max茧时，等效为振太次叼N勿与震屈级焰M煮有如生表叶1蓝的大致关摧系。窝表挺1粥等效振动区周次与地紧震震级的怨关系劳M兽(剑级熊)段5.祸5另～虎6.0炭6.5拴7.0攀7.5亮8.0硬N舰(畜次说)雨5壁8劈12讽20陶30夜本次勘察魄按等效振忆动周欺次怪N=1至0塌次嘱和康N=2障0懒次整理试纤验结果，贪对应的地榴震震级征为叠6.吴5草～握７镇.筑０揉和怎7.新5贫级，各沉帜积尾矿的野地震总应标力抗剪强秩度曲线如名图帜5掌～搁图赌8和，图中虚篮线（红线做）为静力愤试验。沉蛮积尾矿的次动三轴试动验结果如露表蕉2桑。汗1撑—引N哈f顶=1尘0漠；己2召—询N挨f员=20珠图晕5流垮粉细砂柄τ程fs捕与诞σ荣f0党′毯关系曲线轿（货K法c延=1.污5争）豆1川—花N枪f旺=1命0耗；往2绞—慨N缺f聪=20铅图亿6普蜜粉土其τ围fs充与毛σ康f0械′裁关系曲线结（售K内c曲=1.溜5顾）董1臭—晶N躬f礼=1某0洗；屠2宣—里N换f烫=20殊图姐7墙粪粉质粘土嫁τ键fs罩与鹿σ期f0居′度关系曲线墓（帖K蜓c垂=1.毛5乌）救1牧—愤N梢f替=1浙0堵；渔2使—痕N玻f极=20呢图检8裳渣粘土核τ纺fs田与摩σ挑f0策′三关系曲线堆（模K岁c绸=1.册5魄）急表丰2躬箩动三轴试皱验结果煌土样灾贪片仿阅筝瓶与胸焰垄恩渔氏王息孙删帅卵笑委遵迈每系磁祖旦什稳凡介顺惧介守桃某考调缘败秤蔽kPa戏kPa躬kPa捡kPa仍kPa领蛇kPa腿kPa酸kPa贵律蜻宗迎老稼柿欲恨倒都登桑镜管识巨叼止阀态题国小愉却慰枯路垦既式小喜丰野类完史正叶地机牛液辰益肾液烦检徒蓝府西抽队模库闷须登缸五糠俗童剥巡抗横喜蔬刃村作担猴坟穗贱智拍再锹塌特伸躲荐料特喝植挨喂言轨丸蚕吨城美姑渔镜圆缠嘉伪粒重浪杀检践宋袋灰主连允敢漏延都屿豆供练骡控忍门肃稿物丢痰坦议肯衡挤瞎殿狭瞒锤戴法4傻坝体沉积固尾矿的动昏强度特性揭从骂图竖5铜～疑图织8月可以看出浅，地震总民应力抗剪贼强度曲线逢呈现非线绪性特征，晒随京着倘σ残fo丈′执的增大凯，河τ铲fs葱的增大速站率变缓，脆即地震总耽应力抗剪闲强度内摩霜擦蓄角份Ф允d灵（沿t犯g站Ф迫d狭=你τ炎fs距/怪σ预fo渐′撇）变小。劝在沉积尾炊矿饱和情瞎况下，其隐地震总应截力抗剪强惑度录τ具fs余值都低于屿静力有效称抗剪强度墙包线。在同进行地震翼稳定分析减时，地震矛总应力抗病剪强隔度欲τ岁fs开的取值都课不得超过内静力有效笛抗剪强度昂。妨哀5妥结论刻坝体沉积桃尾矿在饱丹和固结不肚排水状态比下，地震协作用会导诞致它们的揉抗剪强度的降低。在畏等效振次稳一定时，稳其地震总伸应力抗剪证强度与初遵始应力状粒态有关。懒参考文腹献喷:乳[1巩]背《岩土工菠程手册》寿编写委员唯会竹.躬《岩土工遥程手册拾》勺[M]任.伏第三碍版虏.娃北税京屠:鞋中国建筑萍工业出版欺社松.199仍4.何[2笑]狮徐宏巩达供.皮鲁中矿山追公司御驾奔泉尾矿库迎尾矿筑坝艘试验研究交报却告逼-翅尾矿的物陪理力学性纽质欧[R]命.董冶金建筑版研究总辩院污.199勤1.口[3杂]止航空航天受部航空工懂业勘察设逃计研究歌院醉.酸鲁中冶金饺矿山公司阶御驾泉尾配矿库工程基地质勘察参报告姑书所[R].哥1993吉.分[4芽]妨谢孔犹金狗,叼高徒模瞒峰废,棕张利墓生僚.呈鲁中冶金愚矿业集团露公司御驾乐泉尾矿坝恭岩土工程匙勘察报钓告罪[R]悟.唯山东岩土抢工程勘察志总公起司哪.200院3.签Dyna拥mic既Stre博ngth谈Cha刮ract煤eris掘tic压ofT踪aili矛ngs妇Dam叶’动sSed凭imen提ts造Abst左ract驼:贤Gan色gue斑sedi惨ment忌sis悟as晶peci小als图oil.坊The而tail缺ings汤da饮m交＇铃ssa击fety来and罢sta奖bili酷tyw缓ill馒bei骗nflu汇ence浊dby闸the张dyn鞋amic浑mec画hani对cal编prop销erti避eso非fth英eta海ilin慈gsd额a魄m厅’宫sse镇dime之nts,猫dyn质amic催str塘engt摔h为tex书tis脚ap嗽rere连quis板ite叛for句anal浅yzin妇g颂the盒dyn瓦amic嫁sta充bili吗tyo丧fta珠ilin伙gsd水am.帝Byt动he改dyna苹mic挂tria伍xial污tes栋tof撑tai脉ling减sda区m支’激sse挑dime音nts佛,dy宅nami佳cst同reng肿thc鼓hara搂cter奸isti局cof钓tai米ling脱sda定