混合赤泥膠結硬化機理研究及其工程應用.pdf

1、赤泥是鋁土礦經(jīng)各種物理化學處理，制取氧化鋁后所剩余的一種黃色或褐色粉泥狀、高含水量的強堿性固體廢料。由于赤泥的強堿性，使其重復利用受到限制，露天筑壩堆存是我國現(xiàn)處理赤泥的主要措施。隨著制鋁工業(yè)的大發(fā)展，赤泥量不斷增加，現(xiàn)有的赤泥庫庫容已經(jīng)達到飽和，修建新的赤泥庫又受到各種限制，就需要利用現(xiàn)有壩體繼續(xù)向上堆存新產(chǎn)赤泥。這就需要我們研究新堆載赤泥在堆存過程中的物理化學特性、力學特性和水力學特性的變化規(guī)律，為利用現(xiàn)有赤泥堆場繼續(xù)安全向上堆存提

2、供一定的理論依據(jù)。
　　論文在貴州省教育廳《赤泥堆載固結特性理論及試驗研究》黔科教(2011)007號項目的支持下，選用中國鋁業(yè)貴州分公司生產(chǎn)的燒結法赤泥和拜耳法赤泥按照配合比1:1混合的混合赤泥為試驗試樣，對混合赤泥進行了室內常規(guī)試驗及微觀分析試驗，以確定混合赤泥在堆存過程中其物理力學特性、微觀結構組成及水力學特性的變化規(guī)律，并以此為基礎，提出了混合赤泥結構性定量化參數(shù)mc的計算公式，修正了鄧肯-張模型，完成了在不同降雨工況下、

3、不同堆存高度混合赤泥堆體的穩(wěn)定性分析。
　　論文針對貴州鋁廠赤泥堆存特點，對以下內容進行了研究：
　?。?）在充分了解貴州鋁廠堆存歷史和堆場水文地質條件的基礎上，選取了符合試驗目的、具有代表性的燒結法赤泥、拜耳法赤泥和兩者按照配合比1:1混合的干法堆存的混合赤泥。并通過無側限抗壓強度試驗和三軸剪切試驗（CD）測定了干法混合赤泥在自然風干、浸水浸泡、非飽和-飽和干濕循環(huán)三種工況條件下隨著堆存齡期的增長，其抗壓強度和抗剪強度指標

4、的變化規(guī)律。為了突出混合赤泥的工程特性的特殊性，同時研究了拜耳法赤泥和燒結法赤泥的強度特性。
　?。?）通過X射線熒光光譜分析（XRF）、X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）等微觀測試手段分析了自然風干混合赤泥試樣在5個齡期化學成分、礦物組成和微觀結構的變化情況，揭示了混合赤泥膠結強度形成的微觀機理。同時在分析了混合赤泥膠結強度形成的物理化學反應的基礎上，通過對混合赤泥浸泡不同類型、不同濃度的酸溶液，研究了碳酸鈣礦物質對

5、混合赤泥膠結強度形成的作用機理。
　?。?）利用非飽和土瞬態(tài)水力特性循環(huán)試驗系統(tǒng)研究了燒結法赤泥、拜耳法赤泥和混合赤泥的水力學特性，得到了三者的土-水特征曲線（SWCC）和水力傳導率特性曲線（HCFC），并從微觀角度分析了三種赤泥不同滯后效應產(chǎn)生的微觀機理，為研究赤泥堆體在降雨條件下的穩(wěn)定性提供一定依據(jù)。
　?。?）在通過三軸剪切試驗得到混合赤泥不同工況、不同齡期應力-應變曲線的基礎上，提出了非飽和混合赤泥的結構性參數(shù)mc，

6、建立了適用于非飽和混合赤泥含結構性參數(shù)的鄧肯-張修正模型，得到了鄧肯-張模型基本參數(shù)Kc、nc、cc、φc與齡期t的擬合關系式，建立了切線彈性模量Ect與齡期t的關系表達式，并通過反算驗證了結構性本構關系的正確性。
　　（5）利用加拿大 GEO-SLOPE公司開發(fā)的 GeoStudio系列有限元軟件SLOPE/W、SEEP/W和SIGMA/W三個模塊對不同降雨條件下、不同堆存高度的混合赤泥堆體的穩(wěn)定性進行了耦合分析，對赤泥堆體在三