尾矿是采矿企业在一定技术经济条件下排出的“废弃物”,但同时又是潜在的二次资源,尾矿开采对于充分利用不可再生矿产资源具有重要意义。但开采尾矿时尾矿边坡一旦失稳将造成重大的经济损失和人员伤亡,如何保证尾矿砂开挖过程中的安全性对实际工程有重要的指导意义和社会价值。本文以会宝岭铁矿尾矿砂的安全开挖为研究对象,开展尾矿砂的物理力学试验,获取尾矿砂物理力学参数,分析其变形破坏特性。采用FLAC3D软件,建立尾矿砂边坡数值计算模型,分析了各因素对开挖边坡稳定性的影响。主要研究内容和成果包括: (1)对影响尾矿砂安全开挖的因素如矿砂所处环境、开采工艺以及堆积特征进行分析并总结安全性分析方法,利用摩尔-库伦屈服准则从力学角度对边坡的失稳破坏机理进行了直观解释和应力分析。 (2)通过对尾矿砂进行物理力学试验,确定了试样的物理力学参数。可以看到试验所取试样属于尾粉细砂。当试样含水率极小时,试样的堆积密度达到最大,尾矿砂的渗透系数随试样干密度的增加呈线性减小。在一定的干密度条件下,随着含水率值的增大,尾矿砂的抗剪强度指标也会随其呈现线性增长。通过对尾矿砂试样的三轴压缩试验得到了其应力-应变曲线及应力应变随围压的变化规律。 (3)以会宝岭尾矿边坡为地质原型,选取典型剖面概化后的尾矿边坡进行数值模拟,分别研究开挖坡率、坡顶荷载强度、分阶方式、锚杆加固及不同含水率下尾矿砂开挖时的稳定性。通过FLAC3D软件并结合强度折减法理论对尾矿砂边坡开挖进行数值模拟,可知尾矿砂开挖时,开挖坡率、坡顶荷载强度、分阶方式以及锚杆加固确实对尾矿坡体应力以及变形发展产生影响。但相比一般的土体边坡,尾矿砂边坡对坡率、荷载及加固更为敏感,对分阶开挖及含水率的变化,安全系数变化幅度较小。