赣南地区位于中国江西省南部,是我国重要的稀土资源产地之一。离子型稀土矿床主要分布在花岗岩风化壳中,属于典型的离子吸附型稀土矿床。分布在低山丘陵地带,以寻乌、龙南、定南、赣县、信丰等县市为主。稀土元素在离子型矿床中主要以水合阳离子和羟基水合阳离子的形态存在,通过离子交换作用赋存于风化壳黏土矿物(如高岭石、埃洛石)的表面及层间结构。这类矿床因其特殊的赋存状态和优越的开采条件,在稀土资源开发中占据重要地位。离子型稀土矿长期原地浸矿开采将导致矿区地表塌陷、水土污染和生态退化,诱发滑坡等地质灾害,破坏土壤结构及微生物群落,并造成地下水污染,严重威胁生态环境安全。土壤固化剂作为一种绿色建筑材料,具有施工简便、工程适应性强等优点,能够提高施工效率,减少资源消耗,并保护生态环境。通过对离子型稀土矿山滑坡机理以及土壤固化剂护坡技术的研究,进行室内试验,可以为赣南地区离子型稀土矿山边坡的防治提供理论依据。 本文主要通过对离子型稀土矿山滑坡机理以及土壤固化剂护坡技术的研究,进行室内试验,可以为赣南地区离子型稀土矿山边坡的防治提供理论依据。使用三轴实验试验的方法,探究了稀土矿样在不同含水率和细粒含量条件下的抗剪强度变化规律,分析了原地浸矿工艺劣化矿土力学性能而诱发稀土矿边坡失稳的原因。使用复合固化剂对原地浸矿边坡土壤进行加固处理,研究了不同固化剂配比对土壤的加固效果。通过试验,得到主要结论如下: (1)由筛分试验可知C_u≈11.94,C_c≈1.10,所取土样的颗粒组成较为丰富,级配较好,整体结构较为稳定。由液塑限试验测得塑性指数I_p=13.96,所取土样属于粉质黏土,自然状态下土体处于可塑状态。研究区边坡土壤的物理特性对边坡稳定性较为不利,尤其是在降雨或地下水补给增加时,含水率的增加会显著削弱土体的抗剪强度,导致边坡稳定性下降。 (2)由直剪试验可知,硫酸铵溶液浸矿后,土体的抗剪强度有所降低,但不同浓度硫酸铵溶液对矿土抗剪强度的影响较小。 (3)通过三轴实验可知,细粒含量和含水率是影响离子型稀土矿边坡土体抗剪强度的关键因素,细粒含量在40%以下时,抗剪强度随细粒含量增加而提高,超过40%后则呈下降趋势。土样的黏聚力随着含水率的提高不断下降,而内摩擦角保持相对稳定。含水率主要是通过降低粘聚力来削弱矿土抗剪强度。 (4)固化剂的加入使土体的应力-应变曲线从应变硬化特性转变为应变软化特性。硅酸盐水泥通过水化反应生成胶结物质,填充土体孔隙,增强颗粒间的粘结力,水性聚氨酯通过形成柔性膜包裹土颗粒,增强胶结力,提高抗剪强度。 (5)未加固化剂的土样崩解速率较高,加入固化剂后,崩解速率减缓,且崩解形式由块状或片状剥落转变为细颗粒剥落。随着固化剂含量增加,土样崩解率降低。高水性聚氨酯形成柔性膜填充孔隙并阻隔水分渗透,硅酸盐水泥水化后生成水化凝胶结构,提高土体抗崩解能力。 (6)渗透系数随固化剂掺量的增加逐渐降低。水性聚氨酯在土颗粒表面的黏附作用提高了水流阻力,水泥水化反应生成的胶结物质填充颗粒间孔隙,减少了渗透通道。随着固化剂掺量的进一步增加,渗透系数下降的速率逐渐减缓,这是由于大孔隙被填充后,细小孔隙难以进一步压缩,导致渗透性降低的幅度减少。 (7)通过优化分析确定复合固化剂最优配比为水性聚氨酯:水泥:水=10:15:1。该配比可在增强土体抗剪强度的同时,降低崩解速率,并使渗透性保持在合理范围,为离子型稀土矿区土壤加固提供了一定参考。