底流尾矿砂的动力特性试验研究∗

黄 鑫 蔡晓光（防灾科技学院，河北三河 065201）

底流尾矿砂的动力特性试验研究∗

黄 鑫 蔡晓光
（防灾科技学院，河北三河 065201）

∗基金项目：中央高校基本科研业务费（ZY20150320），地震科技星火计划项目（XH14073Y）资助。

中线法工艺筑坝即通过旋流器将全尾矿进行水力分级，得到底流（也称沉砂）和溢流两种尾矿砂，底流部分作为筑坝材料沿轴线排入下游，经过沉积、修整和压实后形成坝体；溢流部分则排入上游库内沉积。从筑坝方式上来说，普通水工构筑物一般是一次性堆筑完成，而尾矿坝采用分期堆筑。而且不同矿石种类、不同分级效果所得到的尾矿砂的粒径级配差异也很大，从而导致不同矿山、不同工况条件下尾矿砂的动力变形特性有所不同。尾矿库作为大型金属或非金属矿山生产运营中的重要设施，其坝体的稳定性不仅涉及到管理投入和生产效率，还将直接危害到下游人民财产安全，一旦溃坝，除造成人员伤亡和经济损失外，还会造成严重环境污染。因此，研究不同工况条件下筑坝尾矿砂的动力变形规律及其影响因素不仅可为尾矿坝的抗震设计提供依据，还可为尾矿库的运营管理提供参考。

本文以中线法尾矿库筑坝材料底流尾矿砂为研究对象，在不同含水率、不同干密度、及不同固结压力状态下对底流尾矿砂的重塑样进行共振柱试验，探讨不同因素对底流尾矿砂的动模量和阻尼比影响情况。

（1）仪器及试验概况。试验仪器采用美国GCTS公司生产的TSH-100型共振柱试验系统，仪器的扭转激励扫频范围为0~250 Hz，最大剪切行程为±25°，循环采样速率为4 kHz，试样规格为Φ38 mm×H76 mm。试验土样为云南某中线法铜矿尾矿库的底流尾矿砂，主要指标参数见表1。由粒径分布可知，不均匀系数Cu=2.38，曲率系数Cc=1.11，属匀粒砂，级配不良。

表1　底流尾矿砂的主要指标参数

（2）试验方法。试验共分两组，第一组控制含水率为15%，取不同干密度（ρd=1.5 g/cm3、1.55 g/cm3、1.6 g/cm3），第二组控制干密度1.6 g/cm3，取不同含水率（w=3%、9%、15%），试样按土工试验规范要求制成后分别在不同围压（σ3c=100 kPa、200 kPa、400kPa）下均压固结，然后进行共振柱试验，共计15个工况。

（3）结论。通过不同工况下的共振柱试验，研究了密实度、固结压力、含水率这3个因素对底流尾矿砂动模量和阻尼比的影响情况，对两组实验结果分析后可得如下主要结论：相同试验条件下，模量比（或动模量）随固结压力的增大而增大，随密实度的增大而增大，随含水率的增大而减小；相同试验条件下，阻尼比随固结压力的增大而减小，随密实度的增大而减小；由于底流尾矿砂属匀粒砂，渗透性好，所以在研究范围下的含水率（3%～15%）对阻尼比的影响规律不明显，不同含水率下阻尼比曲线有交叉，离散性大。