1、第 1 章 勘察工作概述1.1 工程概况1.1.1 场地位置XX 尾矿坝位于山东省莱芜市张家洼镇御驾泉村村北，距离张家洼镇约4 公里，鲁中冶金矿业集团公司有专用公路直通尾矿坝，交通方便。图片 1 御驾泉尾矿坝交通位置图1.1.2 尾矿坝概况XX 尾矿坝由设计，采用上游法筑坝，设计总坝高 94m，总库容 3590 万m3，属大中型库。主要由初期坝、尾矿堆积坝及排水系统组成。初期坝为滤水堆石坝（透水坝） ，高度 29m，堆积坝高度 65m，坝长 1000m，最终堆积标高350m。尾矿坝汇水面积 1.93km2，坝内设 7 个周边多孔溢水塔，满足堆筑标高350m 以下的排水、排洪要求。御驾泉尾矿坝南
2、 市泰安市淄市济博比例尺1：4000001.1.3 尾矿坝现状鲁中冶金矿业集团公司曾于 1992 年委托航空航天工业部航空工业勘察设计研究院对一、二、三期子坝（标高 295m）进行了勘察。现已堆筑至第十期子坝，标高 316m（见图片 2） 。由于原矿中含有大量红板岩，致使尾矿中矿泥含量大，放矿后形不成干滩，无法实现上游法筑坝。随着坝体的增高和逐渐向库内延伸，坝体随之座落在尾砂和矿泥上面，为了保证安全筑坝，曾采用了碎石堆筑、旋流器沉砂护坡、土工布防渗等措施，虽然在碎石堆筑过程中有挤泥和固结作用，但对坝体的安全稳定仍构成较大威胁。曾一度出现过坝体漏矿、滩面塌陷、外排水超标、子坝难以堆筑等一系列问题
3、，严重影响坝体的安全和公司的生产。通过多年的试验研究，决定在 316m 水平改为中线法筑坝。为评价坝体的安全与稳定性，受鲁中冶金矿业集团公司委托，我公司承担并完成了尾矿堆积坝的岩土工程勘察工作。1.2 勘察依据、目的及任务1.2.1 勘察依据本次勘察工作主要依据下列规范、规程及有关文件标准进行：1、御驾泉尾矿坝岩土工程勘察委托书；2、上游法尾矿堆积坝工程地质勘察规程 （YBJ11-86） ；3、选矿厂尾矿设施设计规范 （ZBJ1-90） ；4、岩土工程勘察规范 （GB50021-2001） ；5、建筑工程地质钻探技术标准 （JGJ87-92） ；6、土工试验方法标准 （GB/T50123-19
4、99） ；7、土工试验规程 （YBJ42-92） 。1.2.2 勘察目的及任务本次勘察的主要目的是为尾矿坝加高至 350m 水平进行分析研究提供依据和有关岩土工程参数。根据上述规范、规程及有关文件标准，本次勘察工作的具体任务如下：1、查明碎石、尾矿砂和尾矿土的厚度、性质、颗粒组成、密实程度、堆积规律及其分布，为稳定性分析提供地质岩性剖面；2、查明尾矿堆积物的密实程度和沉积规律，确定尾矿沉积层和碎石堆积层的状态和相应的物理力学及工程性质，提供稳定分析需要的岩性参数，为尾矿堆积坝继续加高的可行性及设计提供依据；3、查明地下水的埋藏条件、类型、补排条件和变化规律，提供尾矿砂、尾矿土的渗透系数 K 等
5、水文地质参数及勘察期间浸润线的位置；4、判定尾矿砂、尾矿土在地震作用下的液化可能性；5、安装水平位移、沉降、浸润线观测设备，建立长期观测系统。1.3 勘察工作的方法及完成工作量1.3.1 岩土工程勘察等级根据岩土工程勘察规范 （GB50021-2001） ，考虑到尾矿坝的规模和特征，以及由于岩土工程问题造成工程破坏或正常使用的后果，工程重要性等级按一级，考虑到尾矿坝坝体水文地质条件较复杂，场地复杂程度等级按一级，由于尾矿砂、尾矿土等特殊性土的存在，地基复杂程度等级按二级，综合判定本次岩土工程勘察等级为甲级。1.3.2 勘察工作的方法及完成工作量根据委托任务书要求及现行规范规定，本次勘察在广泛收
6、集分析本场区及其附近已有岩土工程资料的基础上，采用钻探取土、标准贯入试验、超重型动力触探试验、孔压静力触探试验、十字板剪切试验、钻孔注水试验、波速测试、地脉动测试、室内试验分析（包括物理性质试验、固结试验、抗剪强度试验、动三轴试验和共振柱试验）等多种方法综合进行，并设置了长期观测系统。1、勘察点布置根据“御驾泉尾矿坝岩土工程勘察委托书”及现行规范、规程规定，结合场地岩土工程条件，本次岩土工程勘察垂直于坝轴线布置 3 条勘探线，勘探线间距 80140m，勘探点由初期坝向第十期子坝方向按勘探线布置，共布置勘探点 18 个，其中钻孔 13 个，钻孔间距 1030m，孔压静力触探试验对比孔 3 个（距
7、相应钻孔 1.00m） ，十字板剪切试验孔 2 个（距相应钻孔 1.00m） 。勘探点位置由建设单位专业测量人员测放，采用日本产 TOPCON GTS-211D 型电子全站仪，并立标桩为志，经建设单位确认无误后，方可正式开钻施工。勘探点坐标采用 1954 年北京坐标系，孔口标高采用 1956 年黄海高程系统，基准点高程由建设单位提供。2、钻探、取土主要用于查明碎石、尾矿砂和尾矿土的厚度及其分布规律，采取合格土样供室内试验分析，配合进行现场标准贯入试验、超重型动力触探试验、波速测试及钻孔注水试验工作。勘探点由初期坝向第十期子坝方向按勘探线布置，共布置钻孔 13 个，其中一般性钻孔 7 个，控制性
8、钻孔 6 个，所有钻孔均为取土孔，其中标准贯入试验法液化判定专用钻孔 4 个，控制性钻孔以达到原自然地面以下 1.00m2.00m作为终孔依据，一般性钻孔以达到原自然地面作为终孔依据。本工程野外施工利用 2 台 DPP-100-3E 型汽车钻机(见图片 3)，采用筒状合金钻具回转钻进，对上部碎石段采用无水干钻，跟管钻进（见图片 4） ，局部碎石段采用冲击钻进，对尾矿段采用泥浆护壁。钻孔开孔直径不小于146mm，终孔直径不小于 89mm，钻探回次进尺一般为 1.00m1.50m，钻孔垂直度 0.51%。采用快速静力压入法取土，取土垂向间距按土层的均匀程度确定，一般 1.00m2.00m，取土器为
9、上海金勘产 TB80A 型敞口薄壁取土器，废土管长度 0.25m，样筒长 0.50m，筒径（外径）80mm（见图片 5） 。 本工程共完成钻探 582.30m/18 孔，取级土样 86 筒，取级土样 25 件。3、标准贯入试验（SPT）主要用于评价尾矿砂、尾矿土的密实程度，判定地震作用下尾矿砂、尾矿土产生液化的可能性。标准贯入试验采用自动脱钩法（见图片 6） 。标准贯入试验的垂向间距为1.001.50m。 液化判定专用钻孔为 K3、K5、K10、K11，对地面下 20m 深度内的尾粉细砂和尾粉土，从贯入器中采取级土样进行粘粒分析。本工程于 K3、K5、K10、K11 钻孔中共进行标准贯入试验
10、55 次。4、超重型动力触探试验（DPT）主要用于评价碎石的密实程度，判定碎石层的均匀性及其力学性质指标等。超重型动力触探试验采用自动脱钩法（见图片 7） 。试验时连续贯入。 本工程于 K3、K4、K5、 K10、K11 钻孔中共进行超重型动力触探试验29.10m。5、孔压静力触探试验（CPTU）主要用于配合钻孔对尾矿进行力学分层，确定从钻孔中采取原状土样的深度，测定尾矿砂、尾矿土的锥尖阻力 qc、侧壁摩阻力 fs和贯入时的超孔隙水压力 u，为分析尾矿砂、尾矿土的均匀性、密实度等提供依据。 孔压静力触探试验与钻探对比施工，与相应钻孔间距控制在 1.00m 以内，对上部碎石段采用套管护壁，试验自
11、碎石层底面开始，采用浙江温岭南光地质仪器厂生产的 WSY 型孔压静力触探仪（见图片 8） ，锥头截面积 10cm2，滤水器位于锥头后的圆柱面上（见图片 9） 。本工程于 T1、T3、T5 钻孔中共进行孔压静力触探试验 51.40m，孔压消散点 16 点。6、十字板剪切试验（VST）主要用于现场测定并计算饱和尾粘土的不排水抗剪强度 Cu、重塑土的不排水抗剪强度 Cu及土的灵敏度 St等指标，绘制土的不排水抗剪强度 Cu和灵敏度 St随深度的变化曲线，判定饱和尾粘土的固结历史等。十字板剪切试验与钻探对比施工，与相应钻孔间距控制在 1.00m 以内，对上部碎石段采用套管护壁，试验自碎石层底面开始，采
12、用浙江温岭南光地质仪器厂生产的 WS-K 型贯入式电测十字板剪切仪，十字板为矩形，高径比为 2，板厚 2mm（见图片 10） ，十字板剪切试验点的位置根据地层确定。本工程于 T2、T4 钻孔中共进行十字板剪切试验 10 点。7、钻孔注水试验（IT）主要用于查明坝体尾矿砂、尾矿土的渗透性，测定尾矿砂、尾矿土的综合渗透系数 K 等水文地质参数。注水试验在钻孔内进行。在稳定时间段内，单孔稳定延续时间不小于 4h。本工程于 K3、K5、K10 钻孔中共进行钻孔注水试验 3 次。8、波速测试主要用于测定场地土的纵波速 Vp、横波速 Vs，计算场地土的等效剪切波速Vse、动剪切模量 Gd、动弹性模量 Ed
13、及动泊松比 d等，划分建筑场地类别，提供用于抗震设计的地基土的动力参数。波速试验采用单孔检层法（见图片 11） ，垂向试验点间距为 2.00m，并提供各岩土层的纵横波速值 Vp、V s、相应的动力参数（动剪切模量 Gd、动弹性模量 Ed和动泊松比 d等）及相关图表。本工程于 K3、K9、K13 钻孔中共进行波速测试 45 点次。9、地脉动测试主要用于确定场地的脉动卓越周期，为抗震设计提供依据。测试点位在场地中均匀布置，测定 X、Y、Z 三个方向的地面振动周期。为减少噪音对测试数据的影响，地脉动测试安排在夜间 11：001：00 之间进行。本工程于 K1、K8、K11 钻孔附近共进行地脉动测试
14、3 点次。10、室内试验为了全面评价尾矿砂、尾矿土的工程性质，对尾矿砂试样提供颗粒分析、密度 、比重 GS、天然含水量 、饱和度 Sr、孔隙比 e、渗透系数 K、休止角（水上及水下）等指标；对尾矿土试样提供密度 、天然含水量 、比重GS、饱和度 Sr、孔隙比 e、渗透系数 K、液限 l、塑限 p、塑性指数 Ip、液性指数 Il、直剪抗剪强度指标 C、（快剪和固结快剪） 、三轴剪切试验指标C、（不固结不排水、固结不排水及固结排水剪） 、固结系数 Cv、先期固结压力 Pc等指标。按邓肯张应力应变非线性弹性模型，进行三轴固结排水剪试验时，提供弹性模量 E 和泊松比 。本工程共计完成静三轴试验（包括不
15、固结不排水、固结不排水及固结排水）10 组。对进行动三轴和共振柱试验的土样，主要测定等效振动周次下潜在破坏面上的地震总应力抗剪强度与初始有效法向应力的关系，初始应力条件下轴向总应变与振次关系，最大动剪模量与平均有效主应力的关系、动剪模量与动剪应变幅的关系以及阻尼比与动剪应变幅的关系等。本工程共计完成动三轴试验和共振柱试验各 4 组。本次勘察的静三轴试验、动三轴试验和共振柱试验均委托中国水利水电科学研究院岩土所完成。对在标贯器中采取的级土样进行粘粒（0.005mm）分析。本工程共计完成粘粒分析试验 25 组。另外，为了现场观测碎石的密实度，测定其天然密度，了解坝体下游粉质粘土的物理力学性质，本次
16、勘察沿剖面线方向，分别于坝体上部的碎石层和坝体下游的粉质粘土中施工探坑各 3 个，总深度 6.80m，大容积法测量碎石天然密度 3 次，于坝体下游的粉质粘土中 取探井土样 4 件。为尽量减少试样在运输过程中的扰动影响，本次勘察过程中在现场设立了土工试验室（见图片 12） ，完成土的常规物理力学项目的试验。对需进行特殊项目试验的土样现场用塑料样盖严格密封，并用胶带固定，在运输过程中采用专用土样箱，箱底及四周放置海棉垫层，以减轻振动时对土样造成的扰动。11、长期观测系统的设置主要包括浸润线观测系统和位移与变形观测系统。浸润线观测系统主要用来观测浸润线的位置，了解浸润线的变化规律，为渗流分析提供依据
17、。本次勘察共设置了 6 个（K1、K3、K7、K9、K11、K13）观测孔，其中五期子坝上 1 个，七期子坝上 2 个，十期子坝上 3 个。观测管采用 60mm 铁管，管外加喷防锈漆，长度以达到含水层底面下 3.004.00m，下端设置 3.00m 沉淀管，上端可逐渐接高，观测管的透水管段用土工布包扎以防滤料进入观测管（见图片 13） ，透水管外用中粗砂作滤料充填，管口加盖护帽以防落物堵塞。位移与变形观测系统主要用来监测坝体的变形情况，从而掌握坝的使用状态。位移观测系统是在坝体上设置观测桩点 6 个，其中五期子坝上 2 个，七期子坝上 2 个，十期子坝上 2 个。该项工作委托鲁中冶金矿业集团公
18、司技术处完成。勘察点主要数据详见附表 1。野外施工自 2003 年 3 月 28 日开始，至 2003 年 5 月 5 日结束。勘察报告于 2003 年 8 月 22 日提交。第 2 章 自然地理与气候气象2.1 自然地理莱芜市位于山东中部，泰山东麓。东邻淄博市，西、南靠泰安市，北依济南市。辖莱城、钢城 2 区，面积 2239 平方公里，人口 121 万人。市区地理坐标为东经 1171911758，北纬 36023633。莱芜市地势由东向西倾斜，北、东、南三面又向盆地中部倾斜，自然资源以铁、铜、金、铅、煤、铝土为主，境内主要河流为汶河、淄河，铁路有磁莱线、泰辛线，公路主要有泰莱、莱博等路线，并
19、形成了“三纵四横”的公路网络 。场地位于莱芜市张家洼镇，交通便利。2.2 气候气象莱芜市属暖温带大陆性湿润、半湿润季风气候，光照充足，四季分明。春季干旱多风，夏季高温多雨，秋季天高气爽，冬季干冷少雪。年平均气温12.5，极端最低气温-22.5，出现于 1957 年 2 月 11 日，极端最高气温39.2，出现于 1967 年 6 月 6 日。初霜一般在 10 月 21 日，终霜多在翌年 4月 7 日，无霜期平均 196 天，全年日照 2629.2 小时，日照率 59%，总年辐射量124.01 千卡/厘米 2。降水量多年平均 760.9 毫米，1964 年最多，为 1369.6 毫米，1981
20、年最小为 442 毫米，日降水量最大 168.8 毫米，出现于 1975 年 9 月1 日。风向主要为东北西南，风速年平均 2.2 米/秒，七月份最大，为 3.1 米/秒，九、十月份最小，为 1.6 米/秒，瞬时最大为 40 米/秒，出现于 1978 年 6月 30 日。最大冻土深度 0.50m。第 3 章 地形地貌与地质构造3.1 地形地貌XX 尾矿坝位于山东省莱芜市张家洼镇御驾泉村村北，御驾泉尾矿库三面环山，其东侧为凤凰山，南侧为秦皇寨山，北侧为秃尼子山，海拔250450m，相对标高 200m，属低山丘陵区，坝址区地层主要由泰山群变质岩系和寒武系地层构成。南部混合花岗岩分布区，沟谷发育，呈
21、垅岗状低缓丘陵区。中部为易风化破碎的页岩所组成并零散分布的松散堆积物，沿岩层走向发育一条主干沟谷。北侧冲沟呈不对称展布构成山间谷地。北部及中部为砂岩及灰岩呈单斜岩层所构成的单面山景观（见图片 14） 。本区第四系松散堆积物厚度较薄且零散分布。总的来说，本区属新构造运动缓慢上升地区。 3.2 地质构造3.2.1 地层泰山群变质岩系与寒武系地层呈不整合接触（见图片 15） ，寒武系地层产状平缓，总体走向略呈东西向，倾向北北东，产状 NE1015,呈层状分布，构成单斜岩层，在谷地中零散分布着残坡积坡洪积的第四系堆积物。坝址区从老到新主要 地层如下： 泰山群变质岩系 Art:混合花岗岩（见图片 16）
22、 。寒武系下统馒头组 1M:下部为青灰色含燧石结核中厚层灰岩及含方解石条带泥质灰岩（见图片 17） 。 中部为杂色云母页岩（见图片 18）与泥质灰岩互层。顶部为鲜红色砂质云母页岩（见图片 19）为主，厚度 110m。 寒武系下统毛庄组 2MZ:暗紫色砂质云 母页岩为主，中间夹二层中厚层鲕状灰岩，厚度 65m。寒武系中统徐庄组 2X: 交错层发育的黄褐色厚层细砂岩（见图片 20）为主，夹黄绿色页岩，顶部有一层 0.50m 厚的铁质砂岩，厚度 30m。寒武系中统张夏组一段 2Z1:厚层含海绿石 鲕状灰岩夹黄绿色页岩，厚度40m。寒武系中统张夏组二段 2Z2:黄绿色页岩 （见图片 21）为主夹数层中
23、厚层灰岩及结核状灰岩，厚度 92m。寒武系中统张夏组三段 2Z3: 数层中厚层灰岩夹黄绿色页岩，厚度 32m。第四系 Q: 残坡坡洪积含砾石砂质粘土，厚度 015m。3.2.2 构造本区位于泰安口镇、泰安大王庄铜冶店两条弧形断裂带，即“莱芜弧”由北西往南东延伸的断裂带之间，岩层产状为平缓倾斜的单斜构造。弧形断裂是莱芜盆地最为强烈的压扭性断裂，沿断裂强烈的挤压破碎现象明显。经历多次活动，扭动方向也比较复杂，同一条断裂有不同方向的扭动，而且两条断裂的活动方向也不尽相同。弧形断裂活动是多期的，最早可能发生在古生代，白垩纪时期活动强烈，第三纪仍继续强烈活动，盆地大幅度下降，沉积了巨厚的第三系。第四纪以
24、来仍有活动。燕山期火成岩活动以角闪闪长斑岩脉沿层面顺层侵入，活动范围有限（见附图 1） 。本区构造简单以断裂为主，断裂主要受莱芜弧形压扭性断裂的控制，均属俯冲断层，规模均较小，为非全新活动断层。第 4 章 坝区岩土工程条件4.1 坝体的材料组成及其一般沉积规律4.1.1 坝体的材料组成XX 尾矿坝采用上游法筑坝，初期坝为滤水堆石坝（透水坝） ，主要由碎石、块石组成，母岩成分为石灰岩、中风化蚀变闪长岩和蚀变闪长玢岩以及矽卡岩等。各期子坝主要由来自采矿厂的碎石和尾矿砂、尾矿土组成。4.1.2 尾矿的一般沉积规律坝体尾矿砂、尾矿土的沉积规律主要受放矿压力、放矿量、放矿浓度、放矿地点、放矿时间、放矿地
25、形坡度以及原有地形等多种因素影响。放矿初期，由于放矿压力、放矿量和放矿坡度均较大，矿液在沿坡面向前流动过程中，尾矿逐渐沉积下来，在水平方向上随着流程的增大尾矿颗粒逐渐由粗变细，一般靠近初期坝的沉积物以粗颗粒为主，主要是尾粉细砂，然后逐渐向库区渐变为细粒的尾粉土、尾粉质粘土和尾粘土。在垂直方向上，随着坝体的逐渐加高，目前已堆至第十期子坝，放矿地点不断变化，放矿时间具有间歇性，放矿量、放矿浓度、放矿压力等均不固定，尾矿在沉积过程中也表现出明显的间歇特征，即夹薄层较多，层理明显，一般随着深度的增加，尾矿逐渐由颗粒较粗的尾粉细砂渐变为细颗粒的尾粉土、尾粘土。总之，尾矿的沉积规律可以归纳为：水平方向上随
26、着距放矿位置的由近及远以及垂直方向上随着深度的增加，尾矿由颗粒较粗的尾粉细砂渐变为细颗粒的尾粉土和尾粘土。但由于放矿时间的间歇性等多种因素，因此出现了较多夹层或透镜体。4.2 坝体碎石的物理力学性质XX 尾矿坝初期坝为碎石堆积坝，碎石来源于采矿厂的废石，母岩成分为闪长岩、蚀变闪长岩、蚀变闪长玢岩、矽卡岩及少量红板岩。红板岩风化程度较强烈，多已风化崩解，手捏即碎，其风化物充填于碎石之间，闪长岩多为中风化，少量强风化，大于 2cm 的颗粒含量约 5070%，颗粒直径一般330cm，最大可达 80cm 以上，以棱角次棱角状为主，呈松散稍密状，钻孔孔壁易坍塌掉块，颗粒级配不良，分选性较差，颗粒排列基本
27、无规律，充填少量粘性土和粉细砂。为了确定该层土的密实程度，本次勘察于 4 个钻孔中共进行超重型动力触探试验 29.10m，试验结果如下表。表 1 超重型动力触探试验结果试验次数 实测平均值（击） 实测标准值（击） 修正平均值（击） 修正标准值（击）291 2.9 2.7 2.0 1.9为了确定该层土的重度，于该层中挖探井 3.00m/3 个（S2、S4、S6） ，并进行重度测定，结果如下表。为了确定该层土的天然坡角，于有代表性的地点进行现场天然坡角测量 6 次，结果如下表。表 2 碎石的重度和天然坡角次 数指标 1 2 3 4 5 6 平均值重度 （kN/m 3） 21.95 18.98 20
28、.82 20.58天然坡角（） 34.0 38.0 36.0 35.0 39.0 40.0 37.0根据上表结果，建议碎石层的重度 取 20.58kN/m3，粘聚力 C 取0.0kPa，内摩擦角 取 37.0。4.3 坝体尾矿的物理力学性质4.3.1 地层描述本次勘察尾矿砂、尾矿土的分类依据土工试验方法标准 （GB/T50123-1999）,并参考了上游法尾矿堆积坝工程地质勘察规程 （YBJ11-86） 。根据岩土工程勘察规范 （GB50021-2001）和本次钻探结果，结合室内土工试验和原位测试结果，本区尾矿砂、尾矿土主要有尾粉细砂、尾粉土、尾粉质粘土和尾粘土，现分述如下。1、尾粉细砂（Q
29、4ml）黄褐色，稍密，饱和。颗粒级配良好，分选性较差，呈次棱角亚圆状，主要矿物成分为长石、石英、角闪石和云母等，局部具微层理，可见粘性土夹层，偶见碎石。具中等压缩性。主要分布于初期坝的碎石层底部，厚度不均，层底标高不稳定。2、尾粉土（Q 4ml）褐黄褐色，中密，很湿。土质不甚均匀，具微层理，局部夹薄层粘性土或粉细砂。摇振反应中等，无光泽反应，干强度低，韧性低。具中等压缩性。主要分布于尾粉细砂层底部，厚度不均，层底标高不稳定。3、尾粉质粘土（Q 4ml）褐红褐色，可塑，局部软塑。土质不甚均匀，具微层理，局部夹薄层粉土或粉细砂。无摇振反应，土芯切面稍光滑，干强度中等，韧性中等。具中等偏高压缩性。主
30、要分布于尾粉土层底部，厚度不均，层底标高不稳定。4、尾粘土（Q 4ml）褐红褐色，可塑，局部软塑。土质不甚均匀，具微层理，局部夹薄层粉土或粉细砂。无摇振反应，土芯切面光滑，干强度高，韧性高。具中等偏高压缩性。主要分布于尾粉质粘土层底部，混合花岗岩上部，厚度不均，层底标高不稳定。4.3.2 现场室内土工试验1、物理性质试验为了减少土样在取样、包装、运输过程中的扰动，本次勘察施工采用 DPP-100-3E 型汽车钻，利用快速静力压入法取土，取土器为上海金欧生产的 TB80A型敞口薄壁取土器，并在现场设立室内土工试验室，对 80 件土样进行了物理力学性质常规试验，其中液限采用 76g 圆锥液限仪下沉
31、 10mm 所对应的含水量，塑限采用搓条法，含水量试验采用烘干法，重度试验采用环刀法。试验结果如下表。表 3 尾矿砂、尾矿土物理性质试验指标平均值物理性质岩土名称重 度（kN/m3）干重度 d（kN/m3）含水量(%)孔隙比e0饱和度Sr(%)液限Wl(%)塑性指数Ip液性指数Il尾粉细砂 20.20 16.40 21.9 0.600 99.0 尾粉土 20.50 16.60 24.7 0.602 99.0 26.2 8.0 尾粉质粘土 20.00 15.80 27.8 0.694 100.0 34.1 13.2 0.52尾粘土 19.60 14.80 33.1 0.815 100.0 42.
32、2 18.3 0.502、抗剪强度试验（1）直接剪切试验直接剪切试验包括快剪和固结快剪，采用仪器为 ZJY-2 型等应变直剪仪。土样直径 61.8mm，高 20mm。试验结果如下表。表 4 尾矿砂、尾矿土直接剪切试验指标平均值快剪（q） 固结快剪（ cq）试验方法岩土名称 粘聚力 C(kPa) 内摩擦角 () 粘聚力 C(kPa) 内摩擦角 ()尾粉细砂 7.0 34.7 3.0 35.3尾粉土 25.0 26.7 64.0 24.6尾粉质粘土 87.0 16.3 85.0 21.5尾粘土 107.0 19.6 118.0 19.3（2）三轴剪切试验三轴剪切试验包括不固结不排水剪（UU） 、固
33、结不排水剪（CU）和固结排水剪（CD） ，采用的仪器为英国 ELE 公司生产的应变控制式三轴仪。该项工作委托中国水利水电科学研究院岩土所完成。根据试验报告，试验结果如下。表 5 尾矿砂、尾矿土三轴剪切试验指标不固结不排水（UU） 固结不排水（CU） 固结排水（CD ）试验结果岩土名称粘聚力C（kPa）内摩擦角 （）粘聚力C（kPa）内摩擦角 （）粘聚力C（kPa）内摩擦角（）粘聚力C（kPa）内摩擦角（）尾粉细砂 55.5 9.4 28.7 32.6 15.0 36.1 13.4 36.1尾粉土 35.2 5.9 0.0 28.3 0.9 33.7 25.7 34.9尾粉质粘土 42.7 5.
34、6 25.7 18.7 18.0 26.6 尾粘土 55.2 5.7 38.7 17.3 15.9 26.0 根据三轴固结排水剪切试验结果，代表应力应变的邓肯张模型参数如下表。表 6 三轴固结排水剪切试验（CD）邓肯张模型参数参数岩土 k n kb m Rf G F D尾粉细砂 160 0.60 55 0.49 0.81 0.37 0.16 1.7尾粉土 164 0.73 132 0.25 0.74 0.46 0.19 1.1详见御驾泉尾矿坝坝体原状土静三轴试验报告 （附件 1） 。3、颗粒分析试验为确定尾矿砂、尾矿土的颗粒级配及分选性，本次勘察对尾粉细砂、尾粉土均进行了颗粒分析试验，并计算出
35、其不均匀系数 Cu和曲率系数 Cs。对粒径大于 0.075mm 的土采用筛析法，对粒径小于 0.075mm 的土采用密度计法。试验结果如下表。表 7 尾粉细砂、尾粉土颗粒分析试验指标平均值颗 粒 组 成 （%）试指验标岩土名称 2.0mm 2.00.50mm 0.500.25mm 0.250.075mm 0.0750.005mm 0.005mm不均匀系数Cu曲率系数Cs尾粉细砂 0.8 10.1 29.4 28.3 30.1 1.4 16.81 1.96尾粉土 0.0 0.4 1.1 33.4 64.8 0.3 7.86 0.904、渗透试验为了解坝体尾矿砂、尾矿土的透水性，为尾矿坝的渗流分析
36、提供参数，本次勘察对部分尾矿砂、尾矿土试样进行了室内渗透试验。渗透试验采用变水头渗透仪（55 型渗透仪） 。试验结果如下表。表 8 尾矿砂、尾矿土渗透系数平均值试验指标岩土名称渗透系数 Kv(cm/s)尾粉细砂 4.4510-5尾粉土 1.8210-5尾粉质粘土 1.4510-7尾粘土 4.8610-85、固结试验本次勘察对尾矿砂、尾矿土的级土样进行了中压（最大压力 800kPa）和高压固结（最大压力 3200kPa）试验。固结试验采用标准法，仪器为 WG-1B 型三联中压固结仪和 SGG-10 型三联高压固结仪。固结系数的确定采用时间平方根法，先期固结压力的确定采用图解法。试验结果如下表。表
37、 9 尾矿砂、尾矿土固结试验指标平均值固结系数 Cv(10-3cm2/s) 试验结果岩土名称压缩系数 1-2(MPa-1)压缩模量Es(MPa)先期固结压力Pc(kPa)超固结比OCR 200kPa 400kPa尾粉细砂 0.26 6.64 280 0.930 40.5 57.8尾粉土 0.20 8.64 376 0.948 41.9 58.2尾粉质粘土 0.41 4.29 394 0.920 39.9 43.4尾粘土 0.50 4.04 340 0.848 35.7 48.94.3.3 原位测试1、标准贯入试验标准贯入试验采用自动脱钩法，贯入器打入 15cm 后，开始记录每 10cm 击数，
38、累积打入 30cm 的锤击数为标准贯入试验锤击数。尾矿砂、尾矿土的标准贯入试验结果如下表。表 10 尾矿砂、尾矿土标准贯入试验锤击数平均值试验指标实测平均值（击）实测标准值（击）修正平均值（击）修正标准值（击）岩土名称尾粉细砂 6.3 5.6 4.9 4.4尾粉土 9.0 6.3 尾粉质粘土 14.4 12.6 10.1 8.8尾粘土 7.3 5.1 5.3 3.72、孔压静力触探试验孔压静力触探试验采用 WSY 型孔压静力触探仪，在测试锥尖阻力和侧壁摩阻力的同时测量孔隙水压力，并在预定深度进行孔压消散试验。试验结果如下表。表 11 尾矿砂、尾矿土孔压静力触探试验指标平均值试验指标岩土名称锥尖
39、阻力qc(MPa)侧壁摩阻力fs(MPa)比贯入阻力ps(MPa)最大孔隙水压力Umax(MPa)尾粉细砂 2.49 0.042 2.759 0.500尾粉土 3.26 0.052 3.598 尾粉质粘土 1.03 0.031 1.232 0.915尾粘土 1.32 0.035 1.541 3、十字板剪切试验十字板剪切试验采用 WS-K 型贯入式电测十字板剪力仪，测定饱和尾粘土的不排水抗剪强度，包括原状土的不排水抗剪强度和重塑土的不排水抗剪强度，并测求灵敏度。试验结果如下表。表 12 尾粘土十字板剪切试验指标平均值试验次数 原状土的不排水抗剪强 度 Cu(kPa)重塑土的不排水抗剪强度 Cu(
40、kPa) 灵敏度 St10 50.8 34.6 1.54.4 坝体尾矿的动力性质4.4.1 动三轴试验动三轴试验的目的是测定尾矿砂、尾矿土的动力特性指标及其抗液化强度。坝体材料在饱和固结不排水状态下，地震作用会导致它们的抗剪强度降低，在等效振动一次时，其地震总应力抗剪强度与初始应力状态有关。本次勘察坝体材料的动强度试验委托中国水利水电科学研究院岩土所完成。试验仪器为日本S-3-D 中型液压振动三轴仪，试样尺寸采用 50100mm。动强度是土相应于某一破坏标准的动抗剪强度，本次试验对坝体材料进行了饱和非等向固结情况的动强度试验，以 5%轴向应变作为破坏标准，动强度试验采用了一种固结比：Kc=1.
41、5，两种固结压力：100kPa、400kPa，等效振动周次取 N=10 次、20 次。试验结果如下表。表 13 原状土地震总应力抗剪强度参数参数岩土名称等效振次N（次）初始有效法向应力 fo(kPa)地震总应力抗剪强度粘聚力 Cd(kPa)地震总应力抗剪强度内摩擦角 d()0110 15.0 27.210110440 26.9 22.10110 15.0 26.8尾粉细砂20110440 26.9 21.60111 0.9 30.210111444 9.7 26.60111 0.9 28.9尾粉土20111444 9.7 25.40114 18.0 23.310114455 22.3 21.0
42、尾粉质粘土20 0114 18.0 22.8114455 23.8 20.90114 15.9 23.410114456 19.5 21.80114 15.9 22.4尾粘土20114456 19.5 20.8表 14 原状土动强度试验结果参数岩土名称试验指标尾粉细砂=36.1尾粉土=33.7尾粉质粘土=26.6尾粘土=26.0固结比 Kc 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5有效侧向压力 3(kPa) 100 400 100 400 100 400 100 400平均有效主应力 0(kPa) 125 500 125 500 125 500 125 50045 剪切面
43、上的初始剪应力 0(kPa) 25 100 25 100 25 100 25 100初始剪应力 f0(kPa) 20.2 80.8 20.8 83.2 22.4 89.4 22.5 89.9初始有效法向应力f0(kPa) 110.3 441.1 111.1 444.5 113.8 455.2 114.0 456.2初始剪应力比 f0/f0 0.183 0.187 0.196 0.197动剪应力比/0 0.51 0.31 0.43 0.36 0.40 0.24 0.38 0.25动力抗剪强度f(kPa) 51.5 125.2 44.7 149.8 44.7 107.3 42.7 112.4等效振
44、次Nf=10 地震总应力抗剪强度 fs(kPa) 71.7 206 65.5 233 67.1 196.7 65.2 202.2动剪应力比/0 0.50 0.30 0.40 0.33 0.39 0.24 0.36 0.23动力抗剪强度f(kPa) 50.5 121.2 41.6 137.3 43.6 107.3 40.4 103.4等效振次Nf=20 地震总应力抗剪强度 fs(kPa) 70.7 202 62.4 220.5 65.9 196.7 62.9 193.2详见御驾泉尾矿坝坝体原状土动力特性试验报告 （附件 2） 。4.4.2 共振柱试验动力变形特性试验参数是动力反应分析的基本依据之
45、一，它反应了在动荷载作用下的应力应变关系的非线性和粘滞性特征。本次勘察坝体材料的动力变形特性试验委托中国水利水电科学研究院岩土所完成。动力变形特性试验的仪器为 DTC-158 型共振柱仪，采用的试样尺寸为 50100mm，最大侧向压力为0.8MPa，最大垂直荷重为 5kN，可测试的动剪应变幅范围为 10-610 -3。本次试验坝体材料的有效围压力均采用 100kPa、200kPa、400kPa，固结比 Kc采用1.5。动力变形特性试验结果如下表。表 15 尾粉细砂的数值化动力变形特性参数固结比 Kc=1.5围压力3 100kPa 200kPa 400kPa 100kPa 200kPa 400k
46、Pa参数剪应变 动剪模量比 G/Gmax(%) 阻尼比 D(%)110-6 100 100 100 3.12 2.53 2.23210-6 99.57 99.63 99.79 3.13 2.54 2.24510-6 98.31 98.52 99.15 3.15 2.58 2.27110-5 96.28 96.74 98.12 3.20 2.64 2.32310-5 88.80 88.99 94.22 3.37 2.91 2.52510-5 82.53 82.83 90.67 3.54 3.16 2.72110-4 70.90 71.44 83.01 3.98 3.79 3.22310-4 46
47、.76 50.86 63.38 5.84 6.03 5.17510-4 36.61 40.98 52.71 7.86 7.87 7.03110-3 27.61 30.00 37.65 13.60 12.73 11.34表 16 尾粉土的数值化动力变形特性参数固结比 Kc=1.5围压力3 100kPa 200kPa 400kPa 100kPa 200kPa 400kPa参数剪应变 动剪模量比 G/Gmax(%) 阻尼比 D(%)110-6 100 100 100 2.72 2.61 2.51210-6 99.54 99.64 99.75 2.74 2.62 2.53510-6 98.17 98.
48、58 99.02 2.81 2.66 2.56110-5 95.97 96.85 97.82 2.92 2.72 2.63310-5 88.14 90.52 93.33 3.35 2.97 2.87510-5 81.54 84.96 89.27 3.77 3.21 3.12110-4 68.85 73.65 80.62 4.79 4.21 3.72310-4 43.36 48.01 58.98 8.38 6.55 5.99510-4 32.47 35.57 47.41 11.17 9.04 8.02110-3 21.45 21.53 33.72 14.63 12.99 12.03表 17 尾粉质粘土的数值化动力变形特性参数固结比 Kc=1.5围压力3 100kPa 200kPa 400kPa 100kPa 200kPa 400kPa参数剪应变 动剪模量比 G/Gmax(%) 阻尼比 D(%)110-6 100 100 100 3.40 3.37 3.31210-6 99.60 99.76 99.81 3.42 3.38 3.31510-6 98.42 99.03 99.24 3.47 3.41 3.33110-5 96.52 97.84
