剪切方法对细粒尾矿抗剪强度特性的影响研究

作     者：童飞 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡再强;朱沈阳

授予年度：2024年

学科分类：081504[工学-水利水电工程] 081902[工学-矿物加工工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：细粒尾矿 剪切方法 抗剪强度 固结度 三轴试验 稳定性分析 

摘      要：随着矿山开采技术的不断进步,尾矿处理已经成为矿山企业面临的重要挑战之一。在矿石选矿过程中,随着工艺技术的提高,尾矿颗粒逐渐变细。这种变化不仅影响了尾矿的处理方式,也对尾矿库的稳定性和环境安全提出了新的挑战。因此,深入研究细粒尾矿的力学特性显得非常重要,特别是探讨其在不同剪切方法下的抗剪强度特性。本文以商洛地区某铁矿尾矿库材料为研究对象,进行了一系列基本物性试验和三轴试验,主要研究内容及成果如下: (1)从室内基本物性试验中,得到了细粒尾矿的基本物理参数;从渗透试验中发现,尾矿的干密度增加会使其渗透性降低,5%黏粒含量时这种趋势更加显著;通过压缩试验发现,随着干密度增加,尾矿压缩曲线变缓,孔隙比在低压阶段变化小但随荷载的增加而明显变化。 (2)通过固结排水(CD)、固结不排水(CU)、不固结排水和不固结不排水(UU)四种三轴剪切试验,分析了细粒尾矿在不同干密度、黏粒含量及围压条件下的应力-应变曲线与抗剪强度特性。在对四种三轴试验结果进行综合比较后,得出了关于饱和细粒尾矿抗剪强度的一些结论。CD试验显示出最高的黏聚力值。虽然CU试验进行了固结但剪切阶段未排水,孔隙水压力升高导致其有效应力较低,因此其黏聚力增幅不如CD试验明显。由于不固结排水和UU试验在压力室缺乏固结过程,它们展现出较低的黏聚力和内摩擦角。CD和CU试验中的内摩擦角较高,这反映了更优的颗粒间摩擦和咬合效果。 (3)通过控制固结度的三轴试验,尾矿的抗剪强度表现出随固结度增加而增强的趋势,特别是在40%到70%的固结度范围内,这一现象最为明显。这种显著的强度增加可能归因于尾矿颗粒间结构的优化。在此固结度阶段,颗粒的重新排列和紧密结合达到了较优状态,增强了颗粒间的摩擦和咬合,从而提高了整体结构的稳定性和抗剪能力。 (4)使用GeoStudio软件Slope模块绘制计算模型,基于极限平衡法原理对尾矿坝进行稳定性分析。发现选用不固结排水剪参数的方案三在两种计算方法下的安全系数是小于规范值,其余四种方案均满足要求。