第４２卷 第１期
２０２３年２月铀 矿 冶
ＵＲＡＮＩＵＭＭＩＮＩＮＧＡＮＤＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ
Ｖｏｌ．４２ Ｎｏ．１
Ｆｅｂ．２０２３
收稿日期：２０２２ ０９ ０９
基金项目：中国铀业有限公司 东华理工大学核资源与环境国家重点实验室联合创新基金（ＮＲＥ２０２１ １３）第一作者简介：胡良才（１９８３—）
，男，河北邢台人，硕士，高级工程师，主要从事铀尾矿库科研、设计工作。真空预压法加固尾矿软泥现场试验研究 胡良才，李哲辉，郭大平，李玉雷，张 宁
（中核第四研究设计工程有限公司，河北石家庄０５００２１
）摘要：针对尾矿泥含水率高、强度低导致的铀尾矿库坝体稳定性差及覆盖层施工难度大等问题，开展了真空预压法联合塑料排水板加固尾矿泥现场试验，
分析了在不同塑料排水板间距下尾矿泥地表沉降、分层沉降、侧向位移、固结度、孔隙水压力等参数的变化规律，并进行了现场十字板剪切试验及地基承载力试验。研究表明，真空预压法可加速尾矿泥脱水，有效降低尾矿泥含水率，提高尾矿泥强度及承载力，且排水板间距１．０ｍ时的加固效果较好。真空预压法成本低、效果好、安全环保，在尾矿泥原位脱水加固中具有广阔的应用前景。关键词：尾矿泥；真空预压法；塑料排水板；加固；现场试验 中图分类号：ＴＶ５５１．４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００ ８０６３（２０２３）０１ ００６１ ０７犇犗犐：１０．１３４２６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｙｋｙ
．２０２２．０９．０５ 铀尾矿作为铀矿石选冶金属后产生的废弃
物，含有原矿石中８５％的放射性［１］
。为合理处置尾矿，通常在平地、傍山或拦截山谷筑坝形成尾矿
库［２］。由于尾矿颗粒较细且堆积筑坝过程尾矿未
经压实，故尾矿库在遭遇地震、洪水时易发生溃坝
事故［
３ ４］
。铀尾矿中的放射性核素会在酸性渗水浸泡下析出，存在与地下水发生水力联系、导致地下水受到污染的风险。同时，铀尾矿不断析出氡
及其子体，而氡是主要致癌物之一［５］
，因此铀尾矿库是典型的放射性危险源［６］。
太阳赤纬尾矿库事故多发与尾矿泥含水率高、强度低
相关，而尾矿在自重作用下脱水固结速度极慢［７］，
如何加速尾矿泥原位脱水从而加固尾矿泥，一直
燃气的互换性是国内外关注的重点［
８］
。
真空预压法是常用的软基处理方法，其施工方便、周期短、费用低，在港口、机场、高速公路等设施软基处理中得到了广泛
越南京族
应用［９ １１］
。
与黏土等普通土相比，尾矿泥成分更复杂、颗粒更细、含水率更高，真空预压法在尾矿泥脱水加固中的应用研究多采用室内试验或数值模拟方
法［
１２ １４］
，尚缺乏在大规模工程应用上的研究和经验。因此，笔者以某铀尾矿库为研究对象，开展了真空预压法加固尾矿泥现场试验，分析了在不同排水板间距下尾矿泥沉降量、含水率、地基承载力
等变化规律，
旨在为工程安全设计提供依据。１ 工程概况
１．１ 尾矿库概况
某铀尾矿库位于湖南省，尾矿库３面被江水环绕，距江边最短距离不足３ｋｍ。尾矿库南北长约１４００ｍ，东西长约９００～１５００ｍ，是由９个坝段与３个丘陵山头围拦而成的平地型尾矿库。
尾矿库事故应急池位于尾矿库北侧，应急池南北长约２００ｍ，东西长约１２００ｍ。在应急池使用后期，
运营企业将其作为钛尾矿泥贮存场所，因此应急池内存有大量钛尾矿泥和铀尾矿泥。１．２ 尾矿物理力学特性
考虑到尾矿库内尾矿泥深度较大，开展真空预压现场试验危险性高，而应急池中尾矿泥物理力学性质与尾矿库中的尾矿泥接近，因此在事故应急池尾矿泥分布典型的区域选择试验区进行现场试验。
试验区域地层条件自上而下分别为：钛尾矿泥层，厚４．５０～５．９０ｍ，平均厚５．２３ｍ；尾粉质黏土，厚１．３０～１．８０ｍ，平均厚１．５２ｍ；第四系全新统残坡积层，该层未穿透，揭露厚度１．５０～２．９０ｍ，平均厚２．０３ｍ。试验区岩土层物理力学指标见表１。
表１ 试验区岩土层物理力学指标
犜犪犫犾犲１ 犘犺狔狊犻犮犪犾犪狀犱犿犲犮犺犪狀犻犮犪犾狆狉狅狆犲狉狋犻犲狊狅犳狊狅犻犾犻狀狋犺犲狋犲狊狋犪狉犲犪
物理力学指标
密度／
（ｔ·ｍ－３）
含水率／
％
塑限／
％
液限／
％
液性指数孔隙比
饱和度／
％
压缩系数／
ＭＰａ－１
水平渗透
系数／
（ｃｍ·ｓ－１）
垂直渗透
系数／
（ｃｍ·ｓ－１）
地基
承载力／
ｋＰａ
钛尾矿泥１．２６１６４．７５２．５７２．２５．９４４．２１９６３．３２５．２２×１０－５２．４７×１０－５１５．０尾粉质黏土１．３０１２１．０３５．２５３．６４．６８３．５０９２３．４１２．５９×１０－５１．５６×１０－５２０．１第四系残坡积层２．０１１９．０１７．７２５．４０．２２０．５７９００．１５３．０８×１０－７２．７７×１０－７１２５
由表１可见，钛尾矿泥、尾粉质黏土含水率分别高达１６４．７％、１２１．０％，孔隙比分别为４．２１、
３．５０，渗透系数为１．５６×１０－５～５．５２×１０－５ｃｍ／ｓ，表层钛尾矿泥承载力仅１５．０ｋＰａ，属于含水率高、孔隙比大、渗透系数低、承载力弱的软弱泥层。
２ 现场试验
２．１ 试验方案
试验区总面积为４０００ｍ２，根据塑料排水板间距不同，分为Ａ、Ｂ两个子试验区，子试验区尺寸
均为５０ｍ×４０ｍ（长×宽）。为保证真空预压效果，在试验区周边设置黏土密封墙，采用膨润土作为密封墙造浆用土。密封墙深约１０．０ｍ，墙底深入第四系黏土层不小于１ｍ，墙厚不小于１．２ｍ，渗透系数为２．６８×１０－６～８．１７×１０－６ｃｍ／ｓ。为提高承载力，在尾矿泥上部铺设土工格栅及土工布（４００ｇ／ｍ２）。在土工布上部铺设０．５ｍ厚砂垫层，作为施工垫层和排水垫层。
塑料排水板采用Ｃ型板，宽１００．０ｍｍ、厚４．５ｍｍ，排水板顶部埋入砂垫层中，长度不小于０．３ｍ。排水板为正三角形布置，试验区Ａ、Ｂ排水板间距分别为１．０、１．２ｍ，插板深度均为９．０ｍ。排水板接 ８０ｍｍ的波纹滤管，滤管按照横向（宽度方向）间距４．０ｍ、纵向（长度方向）间距２０ｍ布设，在管体上每隔５ｃｍ钻１个直径８～１０ｍｍ的孔，孔呈梅花形布置，管外包１５０ｇ／ｍ２长丝针刺土工布滤水层。
密封膜采用聚乙烯膜，膜厚为０．１２～０．１６ｍｍ，共铺设２层。密封膜底部铺１层土工布作为垫层，以防止抽真空时砂垫层中的尖锐物体刺破密封膜。抽真空装置为ＩＳ型真空泵，按照服务面积１０００ｍ２／台进行布置，即每个试验区布置２台真空泵。真空预压试验场地剖面示意如图１所示
。
图１ 试验场地剖面示意图
犉犻犵．１ 犆狉狅狊狊狊犲犮狋犻狅狀狊犮犺犲犿犪狋犻犮狅犳狋犺犲狊犻狋犲
２．２ 监测仪器布置
试验过程中，对试验区地表沉降、分层沉降、侧向位移、孔隙水压力等进行监测；真空预压完成后，进行现场十字板剪切试验及地基承载力试验。试验场地及监测点布置如图２所示。
２．３ 真空度
为避免抽真空太快导致黏土密封墙剧烈变形破坏，在真空预压初期控制抽真空速度，使得真空度在开始抽真空１４ｄ后达到８０ｋＰａ。同时利用压膜沟形成的天然围堰蓄水，作为真空预压的补充荷载。真空预压区恒载时间９０ｄ，期间保持膜下真空度不小于８０ｋＰａ。连续５ｄ实测地表沉降量小于２ｍｍ／ｄ或尾矿泥总应变固结度达８０％以上时，终止真空预压。
２
６铀 矿 冶第４２卷
图２ 试验场地及监测点布置图
犉犻犵．２ 犘犾犪狀犲狊犮犺犲犿犪狋犻犮狅犳狋犺犲狊犻狋犲犪狀犱犾犪狔
狅狌狋狅犳犻狀狊狋狉狌犿犲狀狋犪狋犻狅狀３ 试验结果与分析
３．１ 地表沉降
在试验区中间及４个角落分别设置沉降杆用于观测地表沉降，每个试验区设置６个观测点，现场试验期间试验区地表沉降曲线如图３所示。真空预压前１０ｄ，试验区Ａ各监测点的沉降速度为１１３．３３～１６１．４３ｍｍ／ｄ，沉降量达到总沉降量的３８％～５５％；１１～２０ｄ的沉降速度降为５２．８８～１０２．４５ｍｍ／ｄ，沉降量达到总沉降量的３３．９７％～
６１．７４％；２１～３０ｄ的沉降速度降为３０．１５～
４１．７１ｍｍ／ｄ，沉降量达到总沉降量的６０．５５％～８４．５８％。真空预压前１０ｄ
，试验区Ｂ各监测点的沉降速度为７０．２７～１００．２２ｍｍ／ｄ，沉降量达到总沉降量的４７．９８％～６１．９３％；１１～２０ｄ的沉降速度降为３２．４５～４０．５８ｍｍ／ｄ，沉降量达到总沉降量的７８．３７％～８４．７８％；２１～３０ｄ的沉降速度降为７．９６～１２．３９ｍｍ／ｄ，沉降量达到总沉降量的８７．４５％～９０．６４％
。
图３ 地表沉降曲线
犉犻犵．３ 犛狌狉犳犪犮犲狊犲狋狋犾犲犿犲狀狋狑犻狋犺狋犻犿犲犱狌狉犻狀犵狏犪犮狌狌犿狆狉犲犾狅犪犱犻狀犵
３
６ 第１
期胡良才，等：真空预压法加固尾矿软泥现场试验研究
从图３可看出，真空预压初期地表沉降速度较大，之后逐步下降；至预压中后期沉降速度已经很小，沉降基本趋于稳定；大部分地表沉降是在真空预压前３０ｄ内完成的。同时，由于尾矿泥深度较浅，中间位置监测点最终沉降量与角落监测点最终沉降量差别不大。
真空预压法处理后，试验区Ａ、Ｂ平均沉降量分别为１．６５、１．５４ｍ，平均沉降差为０．１１ｍ；排水板间距越小，场地沉降越大。试验区边缘沉降规律与中心区域基本一致，说明真空预压期间试验区周圈密封墙是持续有效的。
投入产出法３．２ 分层沉降
在试验区中间位置布置２个分层沉降监测点，每个监测点布置１根监测管，监测管内设置多个沉降磁环，沉降磁环初始深度分别为１、２、３、４、５、６、７ｍ，试验区分层沉降量曲线如图４所示。可以看出，真空预压初期各层沉降速度较大，之后逐渐变小，最后趋于稳定。分层沉降量随深度增大而逐渐变小，最下层尾矿泥分层沉降量最小
。
图４ 分层沉降曲线
犉犻犵．４ 犔犪狔犲狉犲犱狊犲狋狋犾犲犿犲狀狋狑犻狋犺狋犻犿犲犱狌狉犻狀犵狏犪犮狌狌犿狆狉犲犾狅犪犱犻狀犵
３．３ 侧向位移
每个试验区外侧设置２个侧向位移监测点，
以朝向试验区方向为正方向，侧向位移变化曲线
如图５所示。可以看出，随着真空预压的持续，试
验区周围土体逐渐发生正侧向位移。试验区Ａ
的侧向位移监测点ＩＡ１、ＩＡ２在试验初期产生负
侧向位移，这是由于测斜管在场地围堰压力作用
下发生偏离试验区的位移。ＩＡ１、ＩＡ２最终侧向
位移量分别为１．１５、１．３４ｍ；ＩＢ１、ＩＢ２最终侧向
东乡人论坛位移量分别为１．２０、１．２５ｍ。侧向位移量随深度
加大而逐渐变小，大部分侧向位移发生在距地表
４ｍ范围内。
４
６铀 矿 冶第４２卷
图５ 试验区侧向位移曲线
犉犻犵．５ 犔犪狋犲狉犪犾犱犻狊狆犾犪犮犲犿犲狀狋狅犳狋犪犻犾犻狀犵狊犱狌狉犻狀犵狋犺犲狏犪犮狌狌犿狆狉犲犾狅犪犱犻狀犵
３．４ 固结度
真空预压满载９０ｄ后，根据地表沉降监测结果，按照《真空预压加固软土地基技术规程》（ＪＴＳ
１４７ ２—２００９
）［１５
］中的公式计算各监测点应变固结度。
犛狋＝犛０＋
狋α＋β狋，（１）犛∞＝犛０＋１β
，（２）犝′ｒｚ＝
犛狋
犛∞
×１００％，（３）式中：犛狋—满载狋时间的实测沉降量，ｍ；犛０—满载开始时的实测沉降量，ｍ；狋—满载预压时间，从满载时刻算起，ｓ；犛∞—最终沉降量，ｍ；α、β—计算参数，可根据实测资料确定；犝′ｒｚ—
狋时间地基应变固结度。尾矿泥应变固结度计算结果见表２。可以看出，试验区Ａ尾矿泥应变固结度为９５．５０％～９６．２９％，平均为９６．０４％；试验区Ｂ尾矿泥应变固结度为８８．８４％～９６．６０％，平均为９４．５４％，
试验区Ａ尾矿泥应变固结度略大于试验区Ｂ。
表２ 真空预压后试验区固结度犜犪犫犾犲２ 犆狅狀狊狅犾犻犱犪狋犻狅狀犱犲犵
狉犲犲狅犳狋犲狊狋狊犻狋犲犪狋狋犺犲犲狀犱狅犳狏犪犮狌狌犿狆狉犲犾狅犪犱犻狀犵
如何上好第一堂课沉降监测点真空预压沉降量（犛狋）
／ｍ最终沉降量（犛∞）
／ｍ固结度（犝′ｒｚ）／％ＳＡ１１．７２１．８０９５．５０ＳＡ２１．４８１．５４９６．２２ＳＡ３１．６３１．６９９６．２６ＳＡ４１．８３１．９０９６．２９ＳＡ５１．６８１．７５９５．９１ＳＡ６１．５６１．６２９６．０４ＳＢ１１．４６１．５２９６．３５ＳＢ２１．６０１．６９９４．６６ＳＢ３１．６２１．６８９６．６０ＳＢ４１．５５１．６２９５．６４ＳＢ５１．４３１．５０９５．１７ＳＢ６
１．５７
１．７７
８８．８４
５
６ 第１
期胡良才，等：真空预压法加固尾矿软泥现场试验研究
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议