尾矿砂的动力变形及动强度特性研究

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1、万方数据2007年3月水利SHUIU学报XUEBAO第38卷第3期文章编号：0559．9350(2007)03—0365．06尾矿砂的动力变形及动强度特性研究陈存礼，何军芳，胡再强，杨鹏(西安理工大学岩土工程研究所，陕西西安710048)摘要：通过对某钼矿尾矿砂在不同固结应力状态下进行的动三轴试验，研究了该尾矿砂的动力变形和动强度特性。试验结果表明：该尾矿砂的动应力应变关系可用Hardin等效黏弹性模型描述，模型中的起始动剪切模量和最大动剪应力皆随固结应力比和有效固结围压的增大而增大，这两个参数与有效固结轴压成幂函数关系，且其受固结应力的影响较小。同时，该尾矿砂的阻尼比随动

2、剪应变的增大而增大，有效固结围压和固结应力比的变化对阻尼比与动剪应变关系的影响较小；在不同固结应力条件下，阻尼比与最大阻尼比之比与动剪切弹性模量比的减小量之间在双对数坐标系中呈较好的线性关系。在振动条件下，该尾矿砂达到破坏时对应的动剪应力随有效固结围压和固结应力比的增大而增大，其动剪应力比受固结围压的影响较小，并随固结应力比的增大而减小。关键词：尾矿砂；动三轴试验；动模量；阻尼比；动强度中图分类号：TU411．8文献标识码：A1研究背景金属和非金属矿山开采出的矿石，在选出有价值的精矿后会排出大量的尾矿料，一般情况下，在山谷口部或洼地的周围修筑堤坝形成尾矿库，用湿法将尾矿料输

3、送至库内沉淀堆存，因此，尾矿库是冶金行业生产过程中贮存废弃尾矿料的重要设施。我国现有2700多座尾矿库，每年产出的尾矿有3亿t，其绝大部分采用上游法筑坝，其中，20世纪50年代建设起来的尾矿坝大多已达到或接近最初设计高度⋯，普遍存在加高扩容的问题，并且许多尾矿坝的排水系统不完善，因而坝体浸润线很高，使坝体大部分处于饱和状态。由于，我国许多尾矿坝位于地震高烈度区，地震时易产生液化，以往地震引起尾矿库的液化、裂缝以及沉降等问题也时有发生，其中以上游法尾矿坝的震害较多，因此，现在在地震高烈度地区新建尾矿坝和现有尾矿坝加高的设计时皆需要对其动力稳定性进行分析，尾矿料的动力特性试验研

4、究具有十分重要的实际意义。由于尾矿料受矿物成分、颗粒组成等因素的影响，使其动力特性与天然土料相比有其特殊性，为此，许多学者对尾矿砂的动力特性进行了进一步研究比。。，但矿石的种类很多，且不同种类矿山的尾矿料在矿物成分和生产工艺上有很大差别，从而使尾矿料的矿物成分、粒度、密度、颗粒组成等有显著差异，表现出不同的动力特性。本文对某钼矿的尾矿砂进行动三轴试验，研究该尾矿砂的动力特性，为尾矿坝设计及加高设计时进行抗震稳定性计算分析提供科学依据。2试验的基本情况试验所用尾矿砂取自某钼矿的尾矿坝。该尾矿坝中的尾矿料可以分为尾中砂、尾细砂和尾粉砂，其物理性质试验结果如表l所示。由表1可见，

5、3种尾矿砂皆级配不良，细粒含量均大于10％，其比重比收稿日期：2006一04．06作者简介：陈存礼(19“一)，女，陕西户县人，博士，高级工程师，主要从事土静力学和动力学特性方面的研究。E．m8i1：chencl@xaut．edu．cn一365—万方数据表1尾矿砂的物理性质试验结果一般砂土的大。根据现场测试原状样干密度的平均值，采用压样法制备扰动样，试样尺寸直径3．91cm，高8cm。用抽气饱和法对试样进行饱和，经检验饱和度达95％以上。固结应力比

6、

7、}。分别为1和2，在每一个固结应力比尼。下有效固结围压口7，。分别为200、400、600kPa。试验仪器为微机控制多功能三

8、轴仪，该仪器上位移传感器测试的动应变幅值大于等于10～。试验时施加的振动波形为正弦波，频率为1Hz。试验方法为饱和固结不排水振动三轴试验，试验操作和资料整理均根据《土工试验规程》‘63进行。3试验结果和分析3．1动弹性模量和最大动应力图1为尾矿砂的动压缩弹性模量倒数1／玩与动轴向弹性应变e。之间的典型关系(1／鼠～e。)。试验结果表明，各种尾矿砂的l／E。～e。在不同固结应力状态下都可拟合为直线，表明动应力和动应变之间的关系符合双曲线，因此可用Hardin等效黏弹性模型来描述，其表达式可写为"。盯a=而南(1)式中：玩为起始动压缩弹性模量；盯，为最大动应力；玩、盯，分别为1

9、／E。～e。关系直线的截距和斜率的倒数。T歪亍2×窖岛×10—3图1尾细砂的1，玩与。d关系在用等效黏弹性模型进行动力反应分析计算时，常需要动剪应力和动剪应变之间的关系。动剪应变y。与动轴向应变e。之间，动剪切弹性模量G。与动压缩弹性模量E。之间以及最大动剪应力r，与最大动应力盯，之间存在下列关系：G。=E。／[2(1+弘)](2)yd=￡d(1+岸)(3)r，=盯，／2(4)式中：岸为泊桑比，对于饱和不排水的情况体应变e，=0，在轴对称三轴应力条件下有e，=e．+2￡，，因此可取“=0．5。根据式(2)～式(4)