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随着矿业的发展,经选矿甄别后产生的尾矿（人造砂土）被大量地堆积在尾矿库内,形成了具有高势能的泥石流危险源,犹如一个个“炸弹”,随时威胁着库区下游城镇和村落居民生命财产安全与生存环境,安全形势严峻,亟待解决。在诸多影响因素中,堆存尾矿的力学性能是决定尾矿库稳定性的关键因素。为了使我国尾矿库严峻的安全与环境形势得到根本好转,有必要针对堆存尾矿力学性能的改良这一课题开展研究。为此,本文采用理论分析、室内试验和数值模拟相结合的综合性研究方法,以堆存量比较大的铜矿尾矿为研究对象,对尾矿的颗粒形状、矿物成分、赋存环境和常见化合物对尾矿力学性能的影响进行了研究;选择高分子材料作为添加材料开展了尾矿改良的研究,并筛选出了最有效的高分子材料;针对最佳的聚丙烯酰胺（PAM）材料改良尾矿力学性能、老化特性、改良机理等进行了研究;开展了聚丙烯酰胺与玄武岩纤维（PAM-BF）联合改良尾矿力学性能及改良机理研究;对PAM改良尾矿和PAM-BF联合改良尾矿的坝体的加固效果进行了分析。研究成果可为提高尾矿库的稳定性提供理论与技术支撑,为建设平安和谐矿山服务。主要的研究工作与取得的成果如下:（1）通过光学显微技术与图像处理技术,采用扁平度、圆度、凸度和粗糙度等4个量化指标,选取金、锡、铜和铁矿等4种尾矿的颗粒形态进行了系统测试与量化分析,并与建筑用天然河沙和海沙的颗粒形态特征进行比较,从微细观层面揭示了尾矿颗粒形貌特征及与天然砂土颗粒在形貌方面的差异。（2）对尾矿的矿物成分和化学成分、尾水的水质和潜在的尾矿-尾水化学作用进行了分析。基于化学改良土体方法的思路,从内生动力的角度出发,通过试验研究了常见化合物（酸、碱溶液和CaCl2、FeCl3溶液）对尾矿力学性能的影响。试验结果表明常见化合物改良尾矿力学性能的效果不太理想,有必要寻找其它类添加材料开展改良尾矿力学性能的研究。（3）沿袭化学方法加固土体的思路,基于已有的高分子材料加固土体的研究成果,选择了聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇和木质素磺酸钙等4种高分子材料作为添加剂,利用土工试验（直剪试验）研究了高分子材料种类、高分子材料掺入量和养护时间等因素对尾矿力学性能的影响,并通过浸水试验、干湿循环试验和冻融循环试验分别对高分子材料改良尾矿的水稳性和耐老化性进行了研究,进一步检验了高分子材料改良尾矿后,其力学性能受外界因素影响的程度。得出聚丙烯酰胺（PAM）对尾矿力学性能的改良效果最佳,且改良后的尾矿具有良好的水稳性和耐老化性能。（4）以尾粉质黏土、尾粉土和尾粉砂等3种尾矿为研究对象,利用固结试验、静三轴试验和动三轴试验,系统地研究了聚丙烯酰胺（PAM）对3种尾矿（尾粉质黏土、尾粉土和尾粉砂）的改良效果,以及改良后的尾矿动力学性能,包括固结特性、抗剪强度（粘聚力和内摩擦角）、动强度、动剪切模量、阻尼比、动孔隙水压力变化规律等。得出PAM能有效地改善尾矿的压缩性和抗液化特性。PAM改良尾矿的抗剪强度的效果还与尾矿种类有关。（5）采用CT扫描和X射线衍射分析等技术手段,从微细观层面上,对聚丙烯酰胺（PAM）与尾矿颗粒的相互作用等进行了分析测试,得出PAM能使尾矿内部结构更均匀,但PAM并未与尾矿颗粒发生化学反应生成新的物质。说明PAM改良尾矿的作用应该为吸附作用。通过吸附试验对PAM在尾矿中的吸附性能以及影响因素进行了研究,深入探究了PAM改良尾矿的作用机理。（6）通过土工试验（直剪试验和三轴压缩试验）对聚丙烯酰胺（PAM）与玄武岩纤维（BF）联合（PAM-BF）改良尾矿的力学性能进行了试验研究,并借助扫描电子显微镜技术和CT扫描技术,从微观层面研究了PAM和BF与尾矿之间的相互作用,得出PAM会使单一BF加固尾矿的加筋机制得到进一步加强,从而有效地提高了尾矿的抗剪强度。（7）分别对未改良尾矿、采用PAM改良尾矿和PAM-BF联合改良尾矿的坝体稳定性进行了计算,得出利用PAM改良或PAM-BF联合改良尾矿后均能有效地提高尾矿坝的稳定性,且PAM可使尾矿坝抗地震液化得到提高。