细粒含量对尾矿工程性质影响分析

表 4 不同种类尾矿筛分结果 Table 4 Screening results of different types of tailing
质量百 中砂颗粒 细砂颗粒 粉砂颗粒 轻粉质黏土 颗粒直径 /mm 0.200 0.080 0.055 0.045 0.035 0.020 0.002 0.001 粉质黏土颗 粒直径/mm 0.080 0.048 0.032 0.023 0.018 0.007 0.001 分比/% 直径/mm 直径/mm 直径/mm 100 80 60 50 1.50 0.80 0.45 0.31 0.22 0.20 0.11 0.04 1.000 0.300 0.250 0.225 0.180 0.120 0.080 0.030 0.500 0.180 0.150 0.110 0.090 0.060 0.020 0.007
编号 ①1 ①2 ①3 ①4 ②1 ②2 ②3 ②4 ③ 名称 尾中砂 尾中砂 尾中砂 尾中砂 尾细砂 尾细砂 尾细砂 尾细砂 粉质黏土 天然含水率 天然重度 16.8 17.2 18.0 18.9 17.4 18.6 18.9 19.7 20.4 干重度 15.7 16.2 16.6 16.9 15.5 16.0 16.5 16.8 16.9 孔隙比 e 0.787 0.731 0.683 0.656 0.807 0.750 0.693 0.666 0.734
由表 2 可知：由于各类尾矿粒级组成、所处空 间位置的不同， 其含水率随细粒含量的增加而增大； 尾矿重度与尾矿中所含的矿物质、密实度等有关， 细粒含量的变化对其影响不大；对于同一密实状态 下的不同种类尾矿，其孔隙比随着细粒含量的增加 略有增加。
表 2 各层尾矿物理性能指标 Table 2 Physical properties of tailings in various layers
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岩
土
力
学
2015 年
Polito[2]等的研究表明，粉砂、砂质粉土与纯砂的物 理特性均有较大差别，得出了细粒含量对砂土力学 性质影响规律。 国内刘雪珠[3]、 朱建群[4]， 衡朝阳[5]， 张超[6]等对不同黏粒含量的砂土开展动力性能试验 研究，获得砂土动强度随黏粒含量变化关系。总体 上讲，国内外试验多采用添加特定颗粒直径的细粒 砂，并多侧重细粒对土动强度特性影响，对细粒尾 矿工程性质的研究较少。本文通过对细粒尾矿进行 现场取样，开展颗粒分析、孔隙比、抗剪强度以及 渗透特征试验研究，获得了细粒含量对尾矿工程性 质的影响规律。
Effect of fines content on engineering characteristics of tailings
QIAO Lan1，QU Chun-lai1, 2，CUI Ming1
（1. School of Civil and Environmental Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China; 2. School of Water Resources and Hydropower, Hebei University of Engineering, Handan, Hebei 056021, China）
表 1 原尾矿粒径分布 Table 1 Particle size distribution of tailings
粒径/mm 粒级含量 百分比/% ＞0.833 ＞0.246 ＞0.175 ＞0.147 ＞0.097 ＞0.074 ＜0.074 3.40 20.80 6.10 10.70 10.40 12.80 35.80
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细粒尾矿颗粒级配特征分析
通过对沉积滩面上不同距离处尾矿取样，进行
3.1 各尾矿颗粒级配的实测分析 颗粒分析试验，获得了同一剖面不同距离处尾矿颗 粒级配曲线，结果见表 3，按照砂土分类标准结合 尾矿颗粒分析成果进行了尾矿分类，给出了小于某 粒径的试样质量占总质量的百分比，结果见表 4。
表 3 沉积滩面不同位置处尾矿筛分结果 Table 3 Screening results of tailings in different points on the deposited beach
Abstract: Long-term experience of practical applications and lab tests implies that the engineering characteristics of tailings is related to some factors such as mineral composition, damming layout, sedimentary characteristics of the ore pulp, and more closely to the particle size distribution of tailings. In order to analyze the upriver-type tailings variations of the particle composition and its influence on the tailings engineering properties after discharging, depositing, sorting, a series of tests is performed to determine the particle-size distribution, mechanical properties and permeability of tailings at different positions on depositional beach face, and the influence of the fine particles (particle diameter less than 0.075 mm) content on the engineering properties of tailing is analyzed. It is found that as the distance from the tailings beach crest increases, the composition of fine particle gradually increases, grain size distribution situation changes from normally to well-graded, then again normally-graded; void ratio initially decreases and then increases; the tailings cohesion grows gradually as the content of fine particles increases, whereas internal friction angle changes within a relatively small range; the permeability coefficient is significantly influenced by the fine particle content, and decreases rapidly with the increase of the content. Keywords: tailings; fine particle content; grain size gradation; mechanical properties; permeability coefficient
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由表 4 可知：尾矿沿滩面不断沉积，细粒含量 的不断增大，尾矿的颗粒级配情况由一般到良好， 再逐渐变差。 3.2 尾矿颗粒级配的分形特征 分形数学为颗粒材料的颗粒级配特征研究提供 了一条新的研究方法。当颗粒体的粒径分布采用不 同粒组尾矿的质量分布函数表示时，即有
第 36 卷第 4 期 2015 年 4 月
DOI： 10.16285/j.rsm.2015.04.002
岩 土 力 学 Rock and Soil Mechanics
Vol.36 No. 4 Apr. 2015
细粒含量对尾矿工程性质影响分析
乔 兰 1，屈春来 1, 2，崔 明1
（1. 北京科技大学 土木与环境工程学院，北京 100083；2. 河北工程大学 水电学院，河北 邯郸 056021）
我国大多数尾矿库采用上游式筑坝形式，其尾 矿颗粒较细，且库区空间位置上的尾矿颗粒组成和 矿物成分等存在明显差异，导致尾矿力学性质、渗 透系数等空间变异性很大。在工程实践中，若将以 往砂土工程性质研究的经验推广到尾矿工程中，必
收稿日期：2013-11-19 基金项目：国家重点基础研究发展计划 (973)项目(No. 2010CB731501)；国家自然基金（No. 51474016） 。 第一作者简介：乔兰，女，1963 年生，博士，教授，主要从事土力学与岩石力学方面的研究工作。E-mail: lanqiao@ 通讯作者：屈春来，男，1985 年生，博士，讲师，主要从事尾矿库工程及边坡工程方面的研究工作。E-mail: quchunlai0215@
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言
然引起强度过高或不足、设计过于冒险或是保守等 问题的出现。因而，开展细粒含量变化导致尾矿颗 粒级配差异及其工程性质的研究具有理论意义和现 实价值。 目前，细粒含量对砂土强度特性的影响已经引 起了国内外学术界和工程界的重视，已有不少研究 者对该问题作了不同程度的研究。 Thevamayagam[1]、
摘 要：由长期工程实践和试验研究可知，尾矿的工程性质除与尾矿的矿石成分、筑坝方式以及矿浆的沉积特性有关外，重 要的是与尾矿的颗粒粒度组成有关。为了分析上游式尾矿库尾矿经排放、沉积、分选等作用下颗粒组成的变化特征及其对尾 矿工程性质的影响规律，通过对上游式尾矿库沉积滩面不同距离处尾矿进行颗粒级配分析、力学性质和渗透性质试验，重点 分析了细颗粒含量（颗粒直径小于 0.075 mm）对尾矿工程性质的影响规律。研究表明，随着距离上游式尾矿库滩顶长度的 增大，尾矿颗粒组成中的细粒含量逐渐增多，颗粒级配情况由一般到良好再到一般，孔隙比也呈现出随之先减小后增大的变 化趋势。受原尾矿颗粒组成的影响，尾矿黏聚力随细粒含量的增加呈逐渐增大，而内摩擦角相对变化较小，其渗透系数受细 颗粒含量影响较大，随含量增大迅速减小。 关 键 词：尾矿；细粒含量；颗粒级配；力学性质；渗透系数 中图分类号：TU 411 文献标识码：A 文章编号：1000－7598 (2015) 04－0923－06