毛细水对铀尾矿坝稳定性影响的研究

近年来，尾矿坝垮坝事故频频发生，给人民生命财产造成了巨大损失。因此，完全有必要对现有尾矿坝的稳定性重新进行评估。而现有尾矿坝稳定性分析方法均未考虑毛细水的影响。本项研究拟采用现场测试、室内试验、物理模拟、理论分析、计算机模拟等研究方法，加工制作毛细水带铀尾矿坝试样，研究毛细水对铀尾矿坝物理力学性质的影响；加工制作铀尾矿坝物理模型及能实施降雨和调节降雨强度、降雨时长、气温及沉淀池水位的实验系统，研究降雨强度、降雨时长、气温以及沉淀池水位对铀尾矿坝中毛细水上升高度的影响，建立在它们的影响下毛细水上升高度的计算方法；进而对铀尾矿坝在最危险工况下受毛细水影响时的稳定性进行评估，并采取相应的降、排水措施，以确保铀尾矿坝的安全稳定。本项研究对于丰富和发展铀尾矿坝稳定性分析理论，对于防范垮坝事故的发生都具有重要意义。

研究毛细水对铀矿山尾矿坝稳定性的影响，这在国内外尚未见报导，其对于丰富和发展铀尾矿坝稳定性分析理论，防范垮坝事故的发生都具有重要意义。该项研究按照既定技术路线，针对毛细水对铀尾矿坝坝体材料物理力学性质的影响规律，综合考虑气温、气压等外界因素作用下坝体中毛细水上升规律的计算方法，以及毛细水对铀矿山尾矿坝稳定性的影响程度，采用现场测试、室内试验、物理模拟、理论分析、数值模拟等方法开展了近3年的研究工作。共计发表学术论文15篇（其中6篇被EI收录），另有5篇论文已被录用；申请发明专利1项；培养硕士研究生5名，其中毕业1名；本项目还进一步地获得了国家自然科学基金、环境保护部科研基金以及南华大学创新团队计划项目的资助。较好地完成了研究任务，达到了预期的研究目的。. 研究过程中具体完成的主要工作和结论如下6个方面：. 1)以某铀矿山尾矿坝为研究对象，通过现场测试和室内试验获得铀尾矿坝坝体基本物理力学参数。. 2)设计并制作了毛细水上升高度观测装置，开展了长期的毛细水上升高度测试工作，并对测试结果进行理论分析，获得了毛细水上升规律计算式。研究结果表明，毛细水在上升初期的短时间内能达到较大高度，前3天的上升高度约为最终上升高度的50%以上，之后持续缓慢上升直至稳定。. 3)综合分析了温度和气压对毛细水上升速度和高度的影响，得出了温度和气压与毛细水上升规律之间的表达式。. 4)为了将所建毛细水上升规律计算方法推广应用于不同工程，采用均匀设计法设计了8种不同级配的尾矿坝坝体材料模型，并对该8种级配下尾矿砂的毛细水上升高度与时间的关系进行了多元线性回归，得到了毛细水上升规律综合表达式。. 5)为了得到毛细水带内尾矿砂的物理力学特性，设计并制作了毛细水带分层取样试验装置，系统地研究了毛细水带尾矿砂的含水率、重度、粘聚力、内摩擦角等物理力学指标随毛细水上升高度的变化特征。. 6)应用前述研究结果对实际工程尾矿坝中毛细水的上升高度进行了估算，进而通过数值模拟分别研究了考虑毛细作用和不考虑毛细作用时的尾矿坝安全稳定状况，结果表明，毛细水的存在使尾矿坝的安全系数降低了1.6%，其存在对尾矿坝的安全稳定将产生一定的影响，应在工程实际中加以重点考虑。. 本项研究成果可进一步地推广应用于普通尾矿坝以及土质边坡工程中，可广泛地应用于矿业、土建、水利、交通等领域。