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黄金科学技术 ›› 2022, Vol. 30 ›› Issue (1): 54-63.doi: 10.11872/j.issn.1005-2518.2022.01.092

• 采选技术与矿山管理 • 上一篇    下一篇

干湿循环和含水率对尾砂压缩固结特性的影响研究

王仲辉1(),王千福1,田亚坤1,2,伍玲玲1,2,禹雪阳1,张志军1,2()   

  1. 1.南华大学资源环境与安全工程学院，湖南 衡阳 421001
    2.湖南省矿山岩土工程灾害预测与控制工程技术研究中心，湖南 衡阳 421001
  • 收稿日期:2021-07-14 修回日期:2021-11-18 出版日期:2022-02-28 发布日期:2022-04-25
  • 通讯作者: 张志军 E-mail:1604309416@qq.com;zzj181@163.com
  • 作者简介:王仲辉（1997-），男，湖南衡南人，硕士研究生，从事尾矿坝和边坡工程安全评价等方面的研究工作。1604309416@qq.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目“吸湿—脱湿循环作用下铀尾矿的细观力学特性研究”(51774187);“微生物注浆加固渗流场作用下的尾矿坝试验及机理研究”(51804164);湖南省教育厅科研基金项目“基于介观结构及干湿循环作用的尾矿颗粒介质力学行为基础研究”(20B496);湖南省研究生科研创新项目“干湿循环作用下细粒尾矿细观力学特性及变形机理研究”(CX20210925);“微生物在致密型砂岩铀矿储层的迁移动力学研究”(CX20210927);湖南省大学生创新创业训练计划项目“干湿循环条件下不同含水率的尾矿砂固结特性研究”(202110555083)

Study on Consolidation Characteristics of Tailings with Different Moisture Content Under Dry-Wet Cycle

Zhonghui WANG1(),Qianfu WANG1,Yakun TIAN1,2,Lingling WU1,2,Xueyang YU1,Zhijun ZHANG1,2()   

  1. 1.School of Resource & Environment and Safety Engineering, University of South China, Hengyang 421001, Hunan, China
    2.Hunan Engineering Technology Research Center of Mining Geotechnical Engineering Disaster Prediction and Control, Hengyang 421001, Hunan, China
  • Received:2021-07-14 Revised:2021-11-18 Online:2022-02-28 Published:2022-04-25
  • Contact: Zhijun ZHANG E-mail:1604309416@qq.com;zzj181@163.com

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281

摘要：

为辅助计算尾矿存积的沉降距离，指导放矿、尾矿子坝堆筑，提高尾矿坝的经济效益。研究干湿循环作用和含水率对湖南某金属尾矿库尾砂的压缩固结特性的影响。对含水率为10%、12%、14%、16%和18%的尾砂分别进行0~5次脱湿—吸湿—再脱湿试验，借助GZQ-1型全自动高压固结仪对试样开展了快速固结试验。研究结果表明：（1）相同条件下，孔隙比随着压力的上升而减少；（2）相同循环次数下，压缩系数随着含水率的上升而增加；相同含水率下，压缩系数随着干湿循环次数的增加呈“Λ”型变化；（3）不经干湿循环，固结系数随含水率的增加先上升后下降；在相同含水率条件下，随干湿循环次数的增加，固结系数的变化大致呈M型波动。前期循环过程受力以毛细水压力为主导，待颗粒运动稳定，尾砂孔隙结构发育完全，受力以黏结力和摩擦力为主导。

关键词: 干湿循环, 含水率, 尾砂, e-p曲线, 压缩系数, 固结系数

Abstract:

With the improvement of mineral processing technology，the amount of tailings in storage is increasing year by year，and the particle size of tailings is getting finer and finer.However，such tailings have poor permeability，good water holding performance，long consolidation time and low mechanical strength.Such tailings often have problems such as difficult drainage，slow deposition and poor stability in the process of dam-filling.In the complex climate and geographical environment，rainfall infiltration，water evaporation，repeated rise and fall of saturation line （that is，under the condition of dry-wet cycle），earthquake and so on will be encountered.These factors can not be ignored for the settlement of fine tailings pond.In order to help calculate the settlement distance of tailings deposit and guide ore drawing and tailings dam construction，the influence of dry-wet cycle and moisture content on the compression consolidation characteristics of tailings of a metal tailings pond in Hunan Province was studied.The tailings with water content of 10%，12%，14%，16% and 18% were subjected to 0~5 times of dehumidification-moisture absorption-dehumidification tests respectively，and rapid consolidation tests were carried out on the samples with the help of GZQ-1 automatic high-pressure consolidation instrument.The results show that：（1）Under the same conditions，the void ratio decreases with the increase of pressure.Without the dry-wet cycle，the void ratio of the sample at the optimum moisture content is the smallest，and the void ratio of natural moisture content，optimum moisture content and saturated moisture content changes in a U-shaped curve in turn.After the dry-wet cycle，the volume of tailings sample expands slightly，and the internal water-gas channel changes.After graded loading，the internal particles fill the pores，and finally the structure tends to be stable.（2）Under the same number of cycles，the compression coefficient increases with the increase of water content， Under the same moisture content，the compression coefficient changes in a “Λ” shape with the increase of the number of dry-wet cycles.The number of dry-wet cycles and moisture content can increase the compactness of tailings and reduce the compression coefficient by changing the bonding effect and capillary water pressure of tailings cement.（3）Without drying-wetting cycle，the con-solidation coefficient first rises and then decreases with the increase of water content. At the same moisture content，the change of consolidation coefficient is approximately M-shaped with the increase of the number of dry-wet cycles.The stress in the early cycle process is mainly dominated by capillary water pressure.When the particles move stably and the pore structure of tailings is fully developed，the stress is dominated by cohesive force and friction force.Through the above three points，we can understand the stress characteristics of tailings sand consolidation process，assist in calculating the settlement distance of tailings accumulation，and guide ore drawing and sub-dam construction.Monitoring the environmental temperature and precipitation，controlling the water content of tailings and the accumulation period of tailings can improve the economic benefit and stability of tailings dam.

Key words: dry-wet cycle, moisture content, tailings sand, e-p curve, compression coefficient, coefficient of consolidation

中图分类号: 

  • TD926.4

图1

尾砂的粒径级配曲线图"

表1

尾砂级配参数"

参数数值
有效粒径d10/mm0.152
中值粒径d30/mm0.181
限制粒径d60/mm0.208
不均匀系数Cu1.370
曲率系数Cc1.040

图2

干密度曲线图"

表2

尾砂基本物理性质参数"

参数数值
自然干密度ρd/（g·cm-3）1.734
最优含水率ω/%16%
自然含水率ωop/%9%
比重Gs2.66
孔隙比e0.517

图3

试样和模具示意图"

图4

试验装置剖面图"

图5

GZQ-1型全自动高压固结仪"

图6

干—湿循环过程示意图"

图7

不同含水率下的e-p曲线图"

图8

不同循环次数下的e-p曲线图"

图9

试样在试验过程中颗粒变化图"

图10

不同含水率下的压缩系数图"

表3

100~200 kPa土压缩系数对应的压缩性"

压缩系数/（MPa-1）土体压缩性
<0.1低压缩土
0.1~0.5中压缩土
>0.5高压缩土

图11

未经干—湿循环不同含水率下的固结系数图"

图12

不同循环次数下的固结系数图"

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