铜尾矿是由矿石经粉碎、精选后所剩下的细粉砂粒组成。铜尾矿的磨圆度比较高。粒径小于0.075mm的颗粒占大部分,而且塑性指数介于10～17之间,结合粒径分析和液塑限试验,可得此铜尾矿砂属于粉质粘土。根据粘土的性质和地质报告勘测的渗透系数可知,尾矿砂的保水性好,不容易滤水。尾矿库的安全稳定不仅与矿山企业的安全生产密切相关,还对周边居民的生命财产和当地的生态环境有重大影响。同时,尾矿砂的强度是影响尾矿库稳定的主要因素之一。为研究不同增湿路径下非饱和尾矿砂的变形特性和机理,本文提出了通过分级增湿和连续增湿两种增加含水量的试验方法,以分析非饱和铜尾矿砂在湿度变化的条件下的变形规律。在此基础上得出应力应变的公式,并将其应用于铜尾矿堆积坝变形分析上,进行了数值模拟。具体内容如下:1)通过基础力学试验,得出尾矿砂的基本性质。得到了当地地质条件,为铜尾矿砂的增湿方案提供依据。2)进行非饱和土三轴试验研究。设计了分级增湿、连续增湿两种不同路径的增湿方案研究非饱和铜尾矿砂的抗剪强度特性。得出以下结论:(1)非饱和尾矿砂土试样呈塑性破坏,破坏强度随着围压的增大而增大,应力应变特征呈剪切硬化型,随着围压的增大,硬化程度有所提高;(2)非饱和铜尾矿砂剪切过程中的体变关系为随着围压的增大,体应变也在逐渐增大,当应变量和体变较小的时候,围压对土体应力-体变关系的影响不大;(3)通过对湿化变形的时间效应分析,可以得出,湿化过程中第一阶段产生的湿化变形量最明显,占了总湿化变形的80%左右;(4)通过分析饱和度的时间效应,可以看出土体的饱和度与基质吸力呈负相关。饱和度增长最快的为第一阶段,后续逐渐平稳,达到饱和。3)结合试验数据,建立了非饱和尾矿砂的本构模型。拟合得到了基质吸力相关的三个关系式,含水量与基质吸力的关系;土的切线体积模型与基质吸力的关系;水的切线体积模量与基质吸力的关系。应用此关系式将求得的土的切线体积模量和水的切线体积模量带入软件中,可得以下结论:(1)通过坝体的沉降图中可以看出,最大沉降在h/3-h/2之间,同时也说明了坝体在中心位置受力最大。(2)尾矿坝体的沉降变形大于其水平位移变形,沉降变形近似是水平位移的2倍关系。