尾矿库是指筑坝拦截谷口或围地构成的用以堆存金属非金属矿山尾矿的场所,是维持矿山正常生产的必要设施。作为一种具有高势能高破坏力的人造危险源,尾矿库一旦发生失稳破坏,将对人民生命及财产安全带来巨大的危害,同时对周边环境也将造成不可逆的破坏。尾矿排放时通常伴随大量选矿水,使尾矿库水呈现不同的酸碱性,其长期浸泡下的尾砂会发生不可忽视的物化特性改变,进而影响坝体的稳定性。因此,本文结合实际工程项目,通过室内试验和数值模拟,开展了酸、碱性溶液对尾矿材料物化特性及坝体长期稳定性影响的研究。取得以下主要成果:(1)探索了酸、碱性溶液对尾矿宏观物理力学特性的影响规律。结果表明,在酸、碱性溶液作用下,尾矿颗粒细化,粉粒和黏粒含量增大,主要表现为中间粒径含量增多;不同固结压力条件下尾矿材料的孔隙比随着溶液PH值的增加均呈现出先增大后减小的变化趋势,且从总体来看是减小的;渗透系数随溶液酸碱性的增强而逐渐减小;化学溶液作用下尾砂粘聚力逐渐增大,内摩擦角逐渐减小,抗剪强度降低。(2)开展了酸、碱性溶液作用下尾矿颗粒形态变化的细观研究。电镜扫描图像显示:酸、碱性溶液均会减弱尾矿颗粒感,降低其完整性,具体表现为酸浸后尾矿颗粒细碎,棱角性减弱,碱浸后尾矿呈团簇状和絮状;酸、碱性溶液浸泡后的尾矿孔隙面积减小,中、大孔隙面积占比高,可用来表示尾矿的排列熵,即尾矿中骨架颗粒的排列情况;颗粒表面分维数随粒径的增大而增大,磨圆度随粒径的增大而减小,圆形度随粒径变化不明显,且分维数与抗剪强度的相关度最高。(3)通过COMSOL及Geo-studio软件模拟,揭示了化学作用下尾矿坝渗流场的变化规律。酸、碱性库水作用下坝体排渗能力差,坝内渗流场流速低,尾矿库干滩面缩短;尾矿坝各层材料渗透系数的比值对浸润线埋深影响较大,当坝体上层渗透系数小于下层渗透系数时,浸润线埋深较浅,出渗点位置可能在堆积坝坡面,不利于坝体稳定性,且上下层渗透系数差值越大浸润线埋深越浅。(4)通过COMSOL软件模拟,分析了多场耦合作用下尾矿库的安全稳定性。结果显示:多场耦合作用下坝体位移形变增大,且z方向位移分量变化最明显,表明沉降是坝体变形的主要方式;尾矿库安全系数的计算结果表明,不同PH值库水作用下坝体当前的结构均是稳定的,但相较于原样工况,酸、碱性库水的作用使坝体安全系数不断减小,对特殊工况的承载能力也逐渐减弱。