锡冶山尾矿坝位于黄石大冶市金山店镇东北的锡冶山南麓, 现堆积标高为57 m , 设计最终标高为75 m 。为对尾矿坝体各个时期的稳定性进行研究及尾矿堆积高度超过55 m 时坝体强度与稳定性验算, 需要对坝体岩土进行检测。坝体土层为沉积的粘土、淤泥质粉质粘土, 含水量高, 压缩性大, 渗透性差, 抗剪强度低, 而堤坝填筑较高, 强度及稳定性问题显得尤为重要。

土体是由固结颗粒、孔隙水以及空气组成的三相集合体, 外荷载在土体中产生的应力是通过颗粒间的接触来传递的。如果土体中的孔隙是相互连通而充满水, 则孔隙中的水服从静水压力分布。这种由孔隙水传递的压力称为孔隙水压力, 实践证明它随时间而消散。

做孔隙水压力消散试验的目的是为测定原状细粒粘土或扰动细粒土(包括充填土)在各向等压或无侧向变形的条件下孔隙水压力产生和消散的过程, 得到孔隙水压力系数B 及消散系数C′, 以用于有效应力原理研究土体的变形、强度和稳定性问题。

本试验所用仪器为三轴压缩仪, 共选取不同深度有代表性的16 组样品进行试验。试样的含水量是采用原位测试与实验室所测含水量的较小值。真空饱和试样, 排除其所含空气, 防止孔压变化不稳。安装时橡皮膜与试样间的空气排净, 防止存在空气导致的误差。试验中, 每个试样均在四级围压(100kPa , 200 kPa , 400 kPa 与800 kPa)下进行 。

(1)性质相近的试样, 孔隙水压力消散系数随围压 增大成对数关系增长;

(2)由多元最小二乘法拟合所得的函数求得的孔隙水压力消散系数与试验结果的最大误差为5 %, 满足工程精度的要求。因此可以把拟合结果作为消散系数的参考值, 对部分尾矿坝的安全施工具有指导作用 。2100433B

矿山开采出的矿石经选矿厂选出有价值的精矿后遗留的细砂状的“废渣”，叫做尾矿。为尾矿堆存所建造的构筑物系统称尾矿库, 包括尾矿坝、排洪构筑物等。尾矿坝需要有良好的渗水性, 以排除库内积水, 它由初期坝和堆积坝组成。初期坝一般由毛石堆砌;堆积坝则是随尾矿的增加, 用沉积的粗粒尾矿堆积。因此坝体结构含有大面积的厚层细泥夹层, 具有不稳定性。在发生洪涝灾害或受到人为破坏时, 坝坡会出现圆弧形滑动面而造成溃坝。坝体稳定性直接决定着坝身的安全, 因此施工中对稳定性的研究至关重要。工程中常用孔隙水压力消散试验来分析尾矿坝的稳定性等问题。试验中总会有误差存在, 利用数值分析能提高试验精度, 同时还可以拟合相关函数, 用来控制填筑高度与进度以及其他条件, 指导尾矿库安全施工。以锡冶山尾矿为例, 探讨数值法在尾矿库坝体岩土孔隙水压力消散试验中的应用 。

1 　试验数据分析

同一试样孔隙水压力消散系数随围压的增大而增大;性质相同或相近的试样孔隙水消散系数随含水量的增大有先减小后增大、再减小的趋势。为了得到消散系数、围压和含水量之间的关系, 在试验数据处理中采用了一些常用的数值方法, 以剔除试验中的误差较大的数据, 提高试验的精度。同时还可以推导经验公式, 用来指导工程安全施工, 减少试验开支。

2 　多元最小二乘法拟合

利用多元最小二乘法拟合可以将孔隙水压力消散系数与围压及含水量的关系归纳为C′=f (σ,W)。最小二乘法拟合函数的效果如何, 关键是在于确定拟合函数的数学模型是否合理, 可采用以下策略来处理:

(1)根据所给数据, 在坐标纸上作散点图, 观察点的分布规律。推断拟合函数的类型, 同时要代到实际问题中检验假设的正确性。

(2)用多元分析中的逐步回归法, 逐步挑选出对函数贡献最大的因子, 由此确定拟合函数的类型。或按照给定数据, 计算偏差平方和最小的模型作为拟合的数学模型。

如果上述操作有困难, 还可取多项式为拟合函数, 因为多项式能对任意函数至少在一个邻域内无限逼近 。

孔隙水压力监测资料应及时整理分析。一般包括：

①绘制孔隙水压力及施工填土荷载、库水位等的综合过程线，分析它们之间的联系，研究孔隙水压力的形成、发展、消散和滞后情况，并与理论计算的消散系数进行比较，指导土石坝的合理、安全运行。

②绘制孔隙水压力与填土荷载的关系曲线，分析填筑速度与孔隙水压力增长之间的关系，必要时进行坝体稳定校核，以控制施工填筑速度。

③绘制孔隙水压力断面等值线图，了解其分布情况。绘制高水位时的大坝浸润线，用以验算坝坡稳定。

④绘制固结量与孔隙水压力的关系过程线或关系线，分析土体固结过程中孔隙水压力的变化以及对土石坝安全的影响。

对于饱和土，孔隙中充满水，这些水在稳定状态时有一个平衡的压力，这是孔隙水压力。当土体受到外力挤压，土中原有水压力也会上升，上升的这部分压力就是超孔隙水压力了。一般来说，超孔隙水压力都有消散的趋势，随着时间的推移会消散掉。 但上层土层是不透水时，可能长期存在。

超空隙水压力：土力学指出，在加荷过程中，饱水体系所承受的附加压力P是由于水和颗粒骨架两相分别承担。其中由水承受的压力称为中性压力Pwe，由于颗粒骨架承受的那部分称为有效压力PS，这种由于附加应力引起的中性压力，不同于土体中静水压力造成的孔隙水压力Pw0，称为剩余孔隙水压力或超孔隙水压力。2100433B

①压力条件形成的孔隙水压力，如静止地下水水体下土中的静水压力；又如渗流引起的孔隙压力，其值可根据渗流理论，绘出流网，求出测压管水头而得。

②荷载作用在土体内形成的孔隙水压力。如在压缩试验或剪切试验中，荷载加到土体试样上，引起孔隙水压力，它们常称为超静水压力或超孔隙水压力。