灰渣对赤泥物理力学性质影响研究.pdf

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第26卷第4期土工基础Vb1．26NO．42012年8月SoilEng．andFoundationAug．2012灰渣对赤泥物理力学性质影响研究陈家琼(贵州有色地质工程勘察公司，贵阳550005)摘要：赤泥为氧化铝尾矿渣，根据施工工艺不同分为烧结法赤泥及拜尔法赤泥。添加灰渣后赤泥的物理力学性质将会发生改变。通过对烧结法：拜尔法一1：l及拜尔法：烧结法：灰渣一50：50：15两种混合赤泥颗粒分析试验、击实试验及分别在压实度9O和95％状态下物理力学性质指标试验分析，得出混合赤泥添加灰渣后物理力学指标将得到改善，灰渣对赤泥性质具有积极作用。关键词：灰渣，赤泥，物理力学性质，影响研究中图分类号：TU411文献标识码：B文章编号：1004—3152(2012)04—0081—04mw-再×0·01(wl—W。)(1)1前言式中：m为制备试样所需要的加水量；。为制备试赤泥为氧化铝尾矿渣，主要成分为SO。、CaO、样风干土质量；叫。为风干土的含水量()；W为目AlzO。、Fe。O。、TO。等。根据施工工艺的不同，赤标试样的含水量()，对本次试验，取最优含水量。泥又分为拜尔法赤泥和烧结法赤泥。赤泥滤饼是通根据压实度要求和两类赤泥的最大干密度，计过压滤的方式处理后含水量小于50的饼状赤泥。算所需制备试样的干密度，即一压实度Xpd。为研究添加灰渣对赤泥物理力学性质的影响，笔者然后根据所制试样的体积和所需达到的干密度，按分别对中铝贵州分公司赤泥堆场烧结法：拜尔法一照下式计算所需的单个试样的湿土质量并称取。1：1和烧结法：拜尔法：灰渣一50：50：15两种配比赤1一(1+O．01w1)XpdV(2)泥，主要从颗粒分析试验、击实试验、压实度90和式中：为单个试样所需要的湿土质量(g)；W为95状态下物理力学试验指标进行了分析研究。所配制样品的实际含水量()；V为所制单个试样的土体积(cm。)。2试样制备方法最后称取单个试样所需的湿土质量，采用击样法或者压样法完成试样的制备。2．1新鲜赤泥试样制备烧结法：拜尔法一1：1的赤泥新鲜滤饼(下称无3试验成果整理灰渣饼)在压滤车间直接采取，拜尔法：烧结法：灰渣一50：50：15的混合赤泥新鲜滤饼(下称有灰渣饼)，3．1颗粒分析试验成果通过测定拜尔法：烧结法一1：1的混合赤泥新鲜滤通过对无灰渣饼及有灰渣饼各3件进行的颗粒饼含水率、比重和干密度等相关指标后，在试验室添分析试验得出如下结论：加灰渣配制。(i)无灰渣饼的颗粒组成：砂粒组的平均含量为2．290％和95压实度试样制备43．69，粉粒组的平均含量为35．6O，粘粒组(包括以击实试验求得的50击平均最优含水率和最胶粒)的平均含量为20．71，不均匀系数平均值为大干密度为制样依据，取两种类型的赤泥滤饼分别35．7，曲率系数平均值为0．39，均匀性差，级配不良；风干并碾散，测定相应的风干含水量，然后按照下式(2)有灰渣饼的颗粒组成：砂粒组的平均含量为配制接近两种类型赤泥滤饼最优含水率的试样，并34．94，粉粒组的平均含量为48．O5，粘粒组(包测定配制完成后的实际含水量。括胶粒)的平均含量为17．01，不均匀系数平均值收稿日期：2Ol2—06—2O作者简介：陈家琼(1977一)，女，贵州遵义人，地质工程(岩土工程勘探与设计)工程师，研究方向为岩土工程检测。 82土工基础为69．7，曲率系数平均值为5．41，均匀性差，级配较果见表1。好。根据两种类型混合赤泥滤饼的颗粒组成比例，得对比柱状图(见图1)。从对比柱状图可知：无灰渣饼与有灰渣饼相比，后者的颗粒级配得到明显改善，添加灰渣后增加了粉粒组含量而降低了砂粒组和粘粒组的含量。3．2击实试验成果对两种类型配比的混合赤泥滤饼进行击实试验，求取其最优含水率和最大干密度。主要试验成表1击实试验成果表从表中可以看出，无论是25击还是5O击，添加统计见表2、表3。灰渣后赤泥的最大干密度有所增大，最优含水率有表2无灰渣饼c、试验指标数据统计表所降低。3．3压实度9O％和95％的混合滤饼物理力学试验成果两种混合赤泥滤饼在压实度分别为90和95％状态下饱和前后的含水量试验、湿容重试验、干容重试验、固结试验、渗透试验和直接剪切试验成果如下：(1)无灰渣饼无灰渣饼压实度9O％和95％试样的试验成果表3无灰渣饼压实试样试验指标统计表根据表2、表3的统计结果，可得出如下结论：聚力随压实度增加而明显增大，而内摩擦角随压实①对比90和95％两种压实度，无灰渣饼的粘度的增加却略有降低；同一压实度下，饱和后的抗剪 第4期陈家琼：灰渣对赤泥物理力学性质影响研究83强度比饱和前降低。低。②无论饱和前、后，固结系数随压实度的增加有(2)有灰渣饼所降低。有灰渣饼试样的试验成果统计见表4、表5。③无论饱和前、后，压实度95的烧结饼的压表4有灰渣饼压实试样抗剪强度指标统计表缩模量比9O压实度时提高甚微，说明该种混合赤泥在压实度达90以上后继续压实对降低压缩性意义不大；同一压实度下，赤泥饱和后的压缩模量比饱和前明显减小。④在压实度为90和95时的渗透性均与粉质粘土或者粘质粉土类似，数量级为10；随压实度增加，渗透系数明显减小；同一压实度条件下，饱和前、后的渗透性变化不大，渗透系数仅略有少量降表5有灰渣饼压实试样试验指标统计表量条件下增加锤击数可提高混合赤泥的干密度。根据表4、表5的统计结果，可得出如下结论：(2)拜尔法：烧结法：灰渣一50：50：15的混合赤①在最优含水率附近，压实度提高，该种混合赤泥滤饼在最优含水率时进行击实，击实后抗剪强度泥滤饼的粘聚力明显增大，内摩擦角有所降低，但在指标明显提高，尤其以粘聚力指标提高幅度明显。接近饱和状态时，压实度的提高均提高了抗剪强度；(3)上述两种类型赤泥在最优含水量条件下击②压实度相同时，饱和后的抗剪强度比接近最实后，饱和后的抗剪强度指标、压缩模量比饱和前均优含水率时明显降低；有较明显的降低。③压实度相同时，饱和前、后的固结系数和渗透(4)同种压实度条件下，添加灰渣的混合赤泥滤系数变化不大；饼比未加灰渣时抗剪强度总体上有所提高，但粘聚④压实度提高对饱和前、后的固结系数影响不力和内摩擦角的变化规律不一致。大，但渗透性明显降低。(5)在干法堆存中，建议采用添加灰渣的赤泥进行堆存。4结论及建议(6)此次试验对赤泥添加灰渣前后物理力学指标进行了研究分析，为中铝贵州分公司赤泥堆场干(1)两种类型混合赤泥的击实试验成果表明，相法堆存提供了技术参考。同时，该研究成果也可作同锤击数条件下，添加灰渣的混合赤泥的最优含水为今后类似工况项目借鉴使用。率略低于不添加灰渣的混合赤泥，添加灰渣的混合赤泥的最大干密度略高于不添加灰渣的混合赤泥；参考文献同种类型的混合赤泥，50击比25击的最优含水率略低，最大干密度提高幅度明显。此现象说明了添Eli乔黄卉．拜尔法赤泥与烧结法赤泥混合堆坝的技术研究[J]．轻加灰渣后，混合赤泥的颗粒级配得到改善，最优含水金属，2004(10)． 84土工基础2O12E2]景英仁，景英勤，杨奇．赤泥的基本性质及其工程特性EJ]．轻金(3)．属，2001(4)．[7]田跃，王福兴，马尚成．赤泥堆存的力学特性[J]．轻金属，1998[3]吴炎森，藏其芳，杜长学．赤泥的物理力学性质试验研究[J]．岩(2)．土工程界，2006(3)．[83马光锁．山西分公司拜耳法赤泥工程特性及堆存方式的探讨[43张运德．混合赤泥半干法堆存技术的研究与应用EJ]．有色冶金EJ]．轻金属，2005(7)．节能，2009(3)．[9]林宗元，等．《岩土工程试验监测手册》[S]．辽宁科学技术出版[5]饶平平．拜尔法干式赤泥基本特性及堆场运行特征分析[J]．工社，1994(12)．程地质学报，2010(3)．[1O]丁家平，等．(河海大学)．中国铝业股份有限公司贵州分公司E6]赵开珍，郑玉元．赤泥的固结排水抗剪强度[J]．贵州地质，1996曹关赤泥堆场干法增容关键技术试验研究[R]．2009(5)．EffectofAshContentontheMechanicalPropertiesofRedMudCHENJiaqiong(GuizhouNon-FerrousMetalGeologicalInvestigationCompany，Guiyang，55OO05)AbstractRedmudbelongstothealuminatailings．Baseonthedifferentchemicalprocess，redmudissubdividedintoSinteringRedMudandBayerProcessRedMud．Itisnotedthatthemechanicalpropertiesofredmudwillbealteredwiththeadditionofashes．Thispaperpresentsthelaboratorytestresultsoftworedmudmixtureswithdifferentashcontents．KeywordsAshes，RedMud，MechanicalProperties，Effect—r丫]—■—丫(上接第71页)Two-DimensionalDiscreteElementSimulationsofLarge。scaleDirectShearTestsofCoarseGrainedSoilsZHOUJiehui，FENGChunhui(1．EngineeringManagementDivisionofBeijingRailwayBureau，Beijing100860；2．WuhanNew-DistrictConstruction＆DevelopmentInvestmentCo．Ltd．Wuhan430050)AbstractCoarse-grainedsoilsareextensivelyusedasroadbedembankmentmaterialforhighwayconstructioninthemountain—OUSareas．Toobtainthestrengthanddeformationparametersofcoarse—grainedsoilsfromhighlyweatheredbasalts，aseriesoflaboratorylarge-scaledirectsheartestswereconducted．BasedontheparticlediscreteelementsoftwarePFC2D，atwo—dimen—sionaldirectshearnumericalmodelwasestablishedwithsoi1particlesmodeledasdisks．Inthemodel，theparticlessizedistri—butionandtheparallelbondingcontactmodel(PBM)effectswereconsidered．Thedirectsheartestsweresimulatedunderdif—ferentverticalpressures．Resultsindicatethat：Underfl1．9×107N／mofnormalandshearstiffness，flmagnitudeof8．0×105N／mforthebondnormalandshearstiffness，and0．39forthebondingradiusmultiplierfactor，theresultingshearstrengthin—dicesare98．33kPaforthecohesionand27．02。fortheinternalfrictionangle，respectively．Theshearstressandsheardisplace—menthaveagoodagreementinsimulatedandtestedresults．Duringinitialtesting，thesimulatedandtestedverticaldisplace—ment—sheardisplacementsweredifferent．Fromparametercalibration，itisnotedthatthefrictioncoefficientamongdisksin—creaseswhentheverticalpressureincreasesfrom0．15to0．60．DuetotherotationandthestressconcentrationofthecontactDreSSHre，irregularrotationalmovementsofthedisksneartheshearbandwereobserved．KeywordsCoarseGrainedSoils，PFC2D，Large—scaleDirectShear，NumericalSimulations