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作为一种特殊的人工堆填土——尾矿赤泥,具有含水量高、孔隙比大、压缩性高等特性,自重固结沉降变形量较大。对于尾矿赤泥的沉降机理、水一土相互作用规律等问题鲜有涉及,同时尾矿赤泥固结理论和固结机理不够成熟,仍需要进一步研究。
本文以广西平果铝尾矿赤泥为研究对象。采用室内模拟试验装置进行室内机理实验和大型模型试验箱试验。机理试验采用4根1.5m的PVC试验管,配制与现场赤泥浆相似的试验土样,开展堆填15am、25cm、30cm、35cm四种层高且均堆两层进行尾矿固结机理试验。试验表明:随着堆填赤泥厚度的增加,沉降量逐渐增加,最大沉降为llcm;层厚15cm、25cm的赤泥沉降速率变化不大,而层厚30cm、35cm的赤泥沉降速率基本一致,但较前者明显增大;初期沉降排水呈线性变化,第一拐点为赤泥附液厚度最大时刻,第二拐点为附液厚度为零时刻,此时沉降突变大约lcm左右;第一、二层赤泥初始孔隙比在2.3~2.5之间,最终稳定孔隙比在1.3~1.4之间,降低幅度为1.0左右。排水量随时间呈非线性关系,堆填厚度越大,排水量越多,排水速率也明显增加,最终排水稳定时间最长为10天。而大型模型试验采用l000mm×l000mm×600mm的试验箱,现场获取赤泥样,排水方式与平果铝尾矿堆场相似,逐层堆填三层层厚为20cm赤泥来进行室内模型试验研究。试验结果表明:各层赤泥的表层及分层沉降较均匀,呈水平直线分布,总沉降为llOmm;而排水量随着赤泥层数的增加自上而下逐级递减含水量相应递减,最小为34%;待三层赤泥固结稳定后,粘聚力C随着含水量的增加先减小后增加,极小值点为6.2 kPa,而内摩擦角却随着含水量的增加,逐渐增加;随着第二、第三层的堆填,第一层赤泥含水量依次降低,并且粘聚力随着含水量的降低,先减小后增大,极小值点为5.9 kPa;而内摩擦角却先增大后减小,极大值为34.5°;第二层(两层赤泥)与第三层堆填稳定后的第二层赤泥相比较,含水量有所降低,随着含水量的减小,粘聚力逐渐增加,内摩擦角逐渐降低。总之,赤泥强度值不仅与含水量有关,还与赤泥的堆填工况有关。最后利用大变形固结理论证实了三层赤泥样在随着荷载的增加,大变形固结系数明显降低,但均为一个数量级;随着孔隙比的增加,固结系数先增加后趋于稳定。