2013粘土包边尾矿砂路基稳定性研究_罗敖

第38卷，第6期2013年12月

公路工程Highway Engineering

Vol．38，No．6Dec ．，2013

［收稿日期］2013—04—19［作者简介］罗

敖（1978—），男，重庆人，高级工程师，主要从事岩土、隧道等的勘察设计工作。

粘土包边尾矿砂路基稳定性研究

罗

敖，熊

竹

（重庆市市政设计研究院，重庆400020）

［摘

要］首先通过电镜扫描等试验手段对尾矿砂的微观结构和物理力学性质进行了研究，表明尾矿砂具有

不易压实、稳定性差的问题，不能直接用于高路堤填筑，因此提出粘土包边尾矿砂路基方案。借助有限元分析手段对粘土包边尾矿砂路基的稳定性进行了分析，

分析结果表明粘土包边尾矿砂路基稳定性可以满足规范要求。随着尾矿砂内摩擦角的增大或包边土粘聚力的增大，边坡的稳定安全系数逐渐增大。研究成果对于尾矿砂路用性能研究和特殊填料路基设计具有一定的参考意义。

［关键词］尾矿砂；路用性能；粘土包边；路基稳定性；强度折减法［中图分类号］U 416．1

［文献标识码］A

［文章编号］1674—0610（2013）06—0254—06

Stability Analysis of Mine Tailing Subgrade Enveloped by Clay

LUO Ao ，XIONG Zhu

（Chongqing Municipal Administration Design Institute ，Chongqing ，400020，China ）

［Abstract ］The physical and mechanical properties of mine tailings are tested ，and it is indicated

that the compaction effect and stability of mine tailings are unsatisfied．The mine tailings cannot use to fill the high embankment ，so it is proposed that the mine tailings are enveloped by the clay to fill the high embankment．The stability of mine tailing subgrade which is enveloped by clay ，is analyzed by Finite El-ement Analysis （FEM ）．The analysis results demonstrate that the stability of mine tailing subgrade which is enveloped by clay is satisfied to the design code．The stability safety factor will increase along with the growth of mine tailings ’internal friction angle and clay ’s cohesion．The results have some reference val-ue for studies of the road performance of mine tailings and special filler subgrade design．

［Key words ］mine tailings ；road performance ；clay hemming ；subgrade stability ；strength reduc-tion method

0引言特殊路基填料需要特殊的路基处治措施，譬如，文献［

1－5］对包边填砂路基等特殊路基进行过广泛研究。据不完全统计，我国各类尾矿库超过1500座，尾矿库对所在地区环境及安全具有重大不利影响。因此，各领域的学者致力于将尾矿砂进行回收利用，由于尾矿砂存量大，并且其结构特性接近于粗粒土，因此在交通建设领域已经开始将尾矿砂作为

路基填料［6］

。尾矿砂颗粒通常较为均匀，表面粗糙度低，抗剪强度较低，因此需通过施加侧向约束，以提高尾矿砂作为路堤结构的稳定性。笔者以粘土包边尾矿砂路基的稳定性作为研究对象，建立相应的数值分析平台。

1

尾矿砂工程性质

1．1

级配特征

本实验中，先称取200g 试样，随后采用筛分法进行筛分，统计后得粒径小于0．075mm 的颗粒质量超过式样总质量的10%，所以本试验采用筛分法

和移液管法相结合的方法［7］

。试验结果处理如表1所示，尾矿砂颗粒级配曲线见图1。

通过分析尾矿砂的颗粒级配曲线可以得知其颗粒的粗细程度、粒径分布情况和级配的优劣，据此可

判断尾矿砂作为路基填料时工程性质的好坏，如透水性、压缩性等等。从表1可以看出，粒径大于0.075mm 的颗粒占试验土样总重的50%以上，因此可根据规定将其定名为尾粉砂。参照图1可确定

第6期罗敖，等：粘土包边尾矿砂路基稳定性研究

土样的不均匀系数Cu =4＜5，曲率系数Cc =1，由此可推断，该试样的粒径分布比较均匀，属于级配不良的砂。由于颗粒比较均匀，颗粒之间的空隙不易被

填充，

所以将此种尾矿砂作为路基填料应用于工程实践时不易被压实，尤其是对路基的压实系数要求很高时。

表1颗粒分析试验结果

Table 1Test results of particle analysis

粒径/mm 小于某粒径累积含量/g 小于某粒径土占总土质量的百分比/%

2．000196．298．21．000194．697．40．500176．088．00．250150．475．30．10068．134．00．07542．221．10．05021．210．60．0108．34．20．0057．43．70．002

1．8

0．

9

图1尾矿砂级配曲线

Figure 1Grading curve of mine tailings

1．2

工程力学特性

依据现行《规范》［7］公路土工试验规程［7］

，击实

试验结果如表2所示，击实曲线如图2所示。表3为不同含水率条件下固结试验结果。表4为不同压实度下直接剪切试验结果。表5为不同压实条件下的渗透试验结果。

表2尾矿砂击实试验结果

Table 2Compaction test results of mine tailings

土样类型最大干密度ρmax /（g ·cm －3）

最优含水率ω/%

尾矿砂

1．81

14．

4

图2尾矿砂击实曲线

Figure 2Compaction curve of mine tailings

表3固结实验结果

Table 3

Consolidation experimental results

含水率/%压实系数压缩系数a v /MPa －1

压缩指数C c 压缩模量E s /MPa 0．90．110．03714．7212．4

0．930．090．03116．770．960．080．02718．970．90．110．03615．2214．4

0．930．090．02918．150．960．080．02520．170．90．110．03714．7216．4

0．930．090．0318．090．96

0．08

0．028

18．55

表4直接快剪试验结果Table 4

Direct shear test results

压实度C /kPa φ/（ʎ）0．905．084712．460．937．320013．060．96

9．8475

14．05

表5渗透试验结果

Table 5Penetration test results

压实度孔隙比e 0试验温度/ħ

0．850．735150．900．639150．930．586150．960．537140．98

0．50514

k T /（10－5cm ·s －1）

动力粘度比k 20/（10－5cm ·s －1）

12．29

1．13313．997．521．1338．526．511．1337．

386．051．1637．045．16

1．163

6．00

图3是不同压实条件下尾矿砂的电镜扫描结果。可以看出：在不同压实度下，尾矿砂的基本组成形式都是单粒结构，而单粒多呈不规则的片状结

构。

尾矿砂中不含有粘粒，先由若干个单粒聚集在图3尾矿砂电镜扫描放大200倍结果（待续）

Figure 3200times magnified scanning electron microscope of

mine tailings （to be continued ）

5

52