尾矿库作为矿山生产的三大基础设施之一,其坝体的稳定与否不仅影响矿山的正常生产,而且还直接关系着下游人民群众的生命财产安全。因此,保证尾矿库坝体的安全稳定性就显得尤为迫切和重要。与此同时,随着矿产资源开采品位的降低,矿山企业磨矿技术的不断提高,致使排入尾矿库的尾矿颗粒粒径也逐渐出现“细化”现象,直接影响了尾矿库坝体的安全稳定。因此,本文以某上游法尾矿坝为实际工程背景,采用现场实验、室内实验、理论分析及数值模拟相结合的方法开展了尾矿材料的工程特性及坝体稳定性影响研究,分析了尾矿库坝体的颗粒沉积规律,探索了不同尾矿粒径的工程特性,揭示了粒度变化对尾矿库坝体稳定性的影响。其主要研究成果如下:(1)通过现场及室内颗分实验分析了堆积坝体尾矿沉积规律,建立了尾矿颗粒流动公式。其结果表明:尾矿库坝体的尾矿宏观上具有“前粗后细”、“上粗下细”的规律,并可概化为“粗化”-“缓慢细化”-“细化”的变化过程,局部位置出现“粒径粗化”、“夹层”、“交错层”、“透镜体”等现象。同时,尾矿颗粒流动公式表明尾矿颗粒在干滩面上的启动与停止主要和尾矿浆体的作用力有关,沉积距离与浆体的流量有关。(2)开展了不同粒径条件下的尾矿沉降实验,探索了粒径对尾矿沉降特性的影响规律。其研究结果表明:尾矿中-0.074mm颗粒含量越多,尾矿浆体“水-砂”分界面出现的时间越早,沉降时间越长,分层越不明显。与此同时,沉降方式也将从单颗粒或絮团的“独立沉降”向絮网式“整体沉降”转变。尾矿沉降停止后表现为“底部粗上部细”的沉积规律,底层出现“夹层”、“交错层”及“局部粗化”等现象。(3)探讨了尾矿颗粒的微观形态,其分析结果表明:尾矿颗粒表面粗糙,多棱角,浑圆度低,形状多表现为不规则体、粒状体。随着尾矿粒径的增大,尾矿的圆度减小,粗糙度、棱角度变大。(4)基于分形理论探讨了不同尾矿粒径的分维数变化规律,提出了以分维数D作为表征尾矿颗粒级配的指标,研究表明:随着-0.074mm颗粒含量的增加,尾矿的分维数增大,孔隙分形维数减小;分维数与尾矿的粗细比具有显著的负相关性,即粗细比越大,分维数越小;同时当分维数D在1.8863~2.631范围时的尾矿颗粒级配良好。(5)研究了粒度变化对尾矿压缩固结特性和强度特性的影响,其结果表明:随着-0.074mm颗粒含量的增多,尾矿的压缩性增大,压缩系数和压缩指数增大,“应力-应变”曲线从“应变硬化型”向“应变软化型”转变,尾矿的峰值强度、抗剪强度和内摩擦角减小,粘聚力增加。而随着固结压力的增大,尾矿峰值强度不断变大,孔隙比、孔隙指数不断变小,次固结系数(Ca)不断增大。(6)粒径变化会引起干滩面坡度和尾矿材料渗透系数的变化,从而影响尾矿库坝体稳定性,此处分析了粒径对尾矿坝稳定性的影响,分析结果表明:入库尾矿粒径的变化引起干滩面坡度变化对安全系数影响较小,随着-0.074mm颗粒含量的增多,尾矿库坝体的安全系数将减小,坝体稳定性将降低,良好的沉积结构能够增加尾矿库坝体的稳定性。