层状尾矿水分迁移机制及毛细屏障效应研究

摘要

细粒夹层结构是尾矿坝常见的沉积结构，其特有的水力学性质会影响土体中水分的运动，进而降低尾矿坝长期服役性能.为探究尾矿坝在夹层结构影响下的毛细水迁移机制，采用自主研发的尾矿毛细水上升实时监测试验系统，基于细粒夹层的层位和厚度设置了3组模型对比试验，得到细粒夹层结构影响下尾矿毛细水运移高度和含水率随时间的变化规律，并依据试验结果分析含夹层尾矿中毛细水在不同阶段的运动状态，进而发现毛细屏障效应对毛细水迁移的阻滞机理，揭示了不同夹层层位和厚度下的水分运移机制及其对尾矿毛细屏障效应的影响机理.结果表明：层状尾矿中毛细水上升高度随时间变化呈前期快速上升、中期缓慢上升和后期平稳的特点，含高位夹层的柱体毛细水上升高度大于中位和低位夹层；同一层位的夹层，厚度越大，水分穿越夹层的时间越长，夹层含水率越高，且夹层含水率比其上、下层尾矿高；夹层影响其上、下部尾矿毛细水的运移，当毛细水上升至夹层的下部界面时，因细粒夹层具有较强的基质吸力，水分会以较快速度进入到夹层；当毛细水抵达夹层的上界面时，受毛细屏障效应的影响，形成不连续毛细带，毛细水在夹层中不断累积最终穿透夹层进入上部尾矿.研究工作可为层状尾矿毛细水迁移机制研究和细粒尾矿坝稳定性分析提供参考.

关键词

细粒夹层 / 层位 / 厚度 / 水分迁移 / 毛细屏障效应

基金资助

国家自然科学基金项目（52404140）; 陕西省自然科学基金项目（S2023-JC-QN-0687）; 陕西省社会科学基金项目（2023R046）