直接剪切試驗(yàn)在尾礦庫(kù)穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用

陳飛

摘? 要：根據(jù)尾礦庫(kù)實(shí)際發(fā)生事故的統(tǒng)計(jì)資料分析，由于洪水原因所造成的尾礦庫(kù)事故約占1/3，在汛期泄流時(shí)造成壩坡失穩(wěn)對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成了極大的影響。因此在對(duì)九寨溝馬腦殼金礦尾礦庫(kù)堆積體進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)直接剪切試驗(yàn)及室內(nèi)粗粒土剪切試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析后，得出堆積體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場(chǎng)直接剪切試驗(yàn);尾礦庫(kù);抗剪強(qiáng)度參數(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TD926? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

尾礦庫(kù)是指筑壩攔截谷口或圍地構(gòu)成的，用以堆存金屬或非金屬礦山進(jìn)行礦石選別后排出尾礦或其他工業(yè)廢渣的場(chǎng)所。尾礦庫(kù)是一個(gè)具有高勢(shì)能的人造泥石流危險(xiǎn)源，存在潰壩危險(xiǎn)，一旦失事，容易造成特大事故。因此，確定尾礦庫(kù)堆積體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)，為可能發(fā)生的泥石流物源總量的確定提供必要的參數(shù)是十分重要的。抗剪強(qiáng)度參數(shù)確定的試驗(yàn)方法一般為室內(nèi)外剪切試驗(yàn)，其中現(xiàn)場(chǎng)直接剪切試驗(yàn)是在原位條件下進(jìn)行測(cè)試，更能其實(shí)際抗剪強(qiáng)度，是現(xiàn)今獲取抗剪強(qiáng)度重要的手段之一。

1 工程概況

馬腦殼金礦山地處四川省阿壩藏族羌族自治州九寨溝縣境內(nèi)。這里平均海拔3 500 m以上，屬高寒地帶，晝夜溫差大。 馬腦殼金礦露天開(kāi)采方式為陡幫臺(tái)階尾隨式開(kāi)采，經(jīng)過(guò)幾年的規(guī)模化開(kāi)采，形成的邊坡落差高達(dá)300 m。為了解決邊坡穩(wěn)定難題，對(duì)礦區(qū)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行研究，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的力學(xué)試驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)室的力學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)其礦渣料的巖土物理性質(zhì)進(jìn)行分析。目前礦山已建成7座攔渣壩，環(huán)境保護(hù)與治理及生態(tài)修復(fù)工作取得顯著成效。

2 室內(nèi)直接剪切試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)設(shè)備

該次試驗(yàn)采用重慶市后勤工程學(xué)院巖土試驗(yàn)所的25cm×25cm×25cm大型直剪儀，剪切盒：由上、下剪切盒及開(kāi)縫裝置組成。加荷設(shè)備：千斤頂;位移量測(cè)設(shè)備：百分表和磁性表座。

2.2 試驗(yàn)方法

每組試驗(yàn)的試樣應(yīng)為4個(gè)，根據(jù)試樣最大顆粒粒徑和試樣體積、控制密度制備土樣。將制備好的土樣攪拌后均勻分為3～5份，分層裝入剪切盒內(nèi)，每一層土樣振實(shí)到所要求的高度。剪切面位于裝填層中部。將裝填試樣的剪力盒移入剪切儀內(nèi)，并置于滾軸排上。在試樣頂部依次放上傳壓板、垂直千斤頂和傳力筒。在傳壓板的對(duì)稱部位，安放量測(cè)垂直位移百分表2個(gè)。在試樣上施加的最大垂直荷載，垂直壓力分別施加為50 kPa、100 kPa、150 kPa、200 kPa。安裝水平千斤頂和水平位移百分表。啟動(dòng)水平千斤頂，調(diào)整垂直位移百分表，測(cè)記各測(cè)表讀數(shù)，施加剪切荷載。剪切荷載應(yīng)按預(yù)估最大剪切荷載的10%分級(jí)施加，每30 s施加一級(jí)，并測(cè)讀水平位移和垂直位移百分表一次，當(dāng)剪切荷載出現(xiàn)峰值或剪切荷載不再增加而水平位移急劇增加時(shí)，可結(jié)束試驗(yàn)。若無(wú)上述2種情況出現(xiàn)，則控制水平位移達(dá)試樣直徑或長(zhǎng)度的10%，可結(jié)束試驗(yàn)，并將此時(shí)的剪切荷載作為破壞值。

2.3 試驗(yàn)成果

室內(nèi)天然狀態(tài)剪切，模擬現(xiàn)場(chǎng)直接剪切狀態(tài)，控制其密度為1.80 g/cm3，試驗(yàn)采用重慶市后勤工程學(xué)院巖土試驗(yàn)所的25cm×25cm×25cm大型直剪儀，在室內(nèi)進(jìn)行。垂直壓力分別施加為50 kPa、100 kPa、150 kPa、200 kPa。

通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)得出現(xiàn)場(chǎng)礦渣堆積體顆粒級(jí)配不均勻系數(shù)為38.0，曲率系數(shù)為2.4。根據(jù)天然級(jí)配進(jìn)行試樣配制，當(dāng)試樣中含有超過(guò)試樣允許的最大粒徑顆粒，對(duì)超粒徑顆粒將超粒徑顆粒剔除。

3 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)天然狀態(tài)和飽和狀態(tài)的直接剪切試驗(yàn)的對(duì)比分析，礦渣料堆積體的最優(yōu)含水率通過(guò)室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)得出為12.2%，現(xiàn)場(chǎng)礦渣料堆積體含水率普遍較低，飽和后黏聚力的下降幅度較大，內(nèi)摩擦角也有較大的降低，這對(duì)于尾礦庫(kù)的穩(wěn)定性能非常不利。

通過(guò)對(duì)天然狀態(tài)試驗(yàn)體的現(xiàn)場(chǎng)直接剪切和室內(nèi)天然快剪結(jié)果的對(duì)比分析，室內(nèi)天然快剪試驗(yàn)得出的黏聚力有小幅的提升，分析其原因主要為天然快剪試驗(yàn)過(guò)程中由于垂直壓力的壓密作用以及試樣制備的影響，其結(jié)果對(duì)現(xiàn)場(chǎng)直接剪切試驗(yàn)是一種很好的證明。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）現(xiàn)場(chǎng)直接剪切試驗(yàn)是在尾礦庫(kù)堆積體上進(jìn)行的原位測(cè)試試驗(yàn)，其結(jié)果能客觀真實(shí)地提供尾礦庫(kù)的抗剪強(qiáng)度參數(shù)。

（2）飽和狀態(tài)下的現(xiàn)場(chǎng)直接剪切試驗(yàn)其抗剪強(qiáng)度參數(shù)有較大幅度的降低，對(duì)于尾礦庫(kù)的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及對(duì)可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)估時(shí)，建議根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃臈l件進(jìn)行綜合考慮。

（3）室內(nèi)天然快剪對(duì)現(xiàn)場(chǎng)直接剪切試驗(yàn)是一種很好的證明，但室內(nèi)天然快剪在試樣的制備過(guò)程中需嚴(yán)格按照現(xiàn)場(chǎng)顆粒級(jí)配、密度及含水率進(jìn)行配樣，否則會(huì)與現(xiàn)場(chǎng)直接剪切試驗(yàn)有較大的差異。天然快剪試驗(yàn)過(guò)程中由于垂直壓力的壓密作用以及剪切過(guò)程中剪切面上顆粒重排，小顆粒填充進(jìn)入由大粗粒部分形成的孔隙中，從而剪切應(yīng)力隨剪切位移增大而增加，沒(méi)有明顯峰值。

（4）對(duì)于尾礦庫(kù)如坡頂、坡腳等不同部位的抗剪強(qiáng)度存在很大的差異性，對(duì)于尾礦庫(kù)的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及治理應(yīng)綜合考慮。

參考文獻(xiàn)

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