尾粉土的压缩性 (soil compressibility)

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1. 引言

尾矿坝，尤其是采用上游构筑法建造的尾矿坝，需要认真考虑尾粉土的压缩性。本文首先回顾了土的压缩性评价指标，然后检查和评价了目前尾粉土的压缩性。

2. 土的压缩性评价指标

有许多指标可以评价土的压缩性。下面简要回顾了几种最常用的评价指标。

2.1 压缩系数

压缩系数(compression coefficient，coefficient of compression)是国内最常用的压缩性评价指标，特别是在岩土工程实践中。土的压缩系数是土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压应力增量的比值。压缩系数与土所受的载荷大小有关，通常使用p1=100kPa和 p2=200kPa对应的压缩系数来评价土的压缩性。评价的经验规则如下：

(1) 如果压缩系数a<0.1MPa-1时为低压缩土；

(2) 如果0.1MPa-1≤a<0.5MPa-1时为中压缩土；

(3) 如果a≥0.5MPa-1时为高压缩土。

压缩系数不能用于地基土的沉降计算，仅用于对比不同土体的压缩性，因此实际的岩土工程中很少直接使用这个指标。

2.2 压缩模量

压缩模量(compression modulus)也称作限定模量(constrained modulus)，是判断土的压缩性和计算地基压缩变形量的重要指标之一。通过关系式Es=(1+e0)/a可以求出土的压缩模量Es，其中，

e0---初始孔隙比；

a---上述讨论的压缩系数.

在岩土工程实践中，使用压缩模量通过分层总和法计算地基土的线弹性沉降量。

2.3 体积压缩系数

体积压缩系数(coefficient of volume compressibility) 是上述压缩模量的倒数，虽然表达的意思本质上是一样的，但使用体积压缩系数比使用压缩模量的几率更多一些，国内的岩土工程勘察更偏爱使用压缩模量表达。当没有真实的试验值时，可以参考一些经验值。

2.4 压缩指数

在非线性计算中，使用的不是体积压缩系数，而是压缩指数Cc(Compression Index)，压缩指数通过固结试验获得，也可以通过经验关系式来获得，例如初始孔隙比e0【压缩指数Cc的经验估算---与初始孔隙比e0的回归关系】或者天然含水量Wn【压缩指数Cc的经验估算---与天然含水量Wn的回归关系】，这两个笔记来自于我以前讲授《岩土工程设计》课程时的课件。有一些经验值可以参考，但应当小心使用。

3. 尾粉土的压缩性评价

下表所示的是压缩试验结果：

地层名称	压缩系数 α(MPa-1)	压缩模量 (MPa)
① 尾粉土	0.138	14.80
② 尾粉土	0.112	16.21
②1 尾粉质粘土	0.338	5.43
④1 粉土	0.169	10.26
④4 粉质粘土	0.277	7.16

按照经验规则判断：

(1) 如果压缩系数a<0.1 时为低压缩土；

(2) 如果0.1≤a<0.5 时为中压缩土；

(3) 如果a≥0.5时为高压缩土。

可以推出：

(1) 所有的地层均为中压缩土；

(2) ②1 尾粉质粘土的压缩性较高，类似于一个下卧层；

(3) 在所有地层中，尾粉土的压缩性最低小；

4. SPT和CPT压缩性验证

标准贯入试验SPT结果显示了与实验室试验相似的结果，即②1 尾粉质粘土层相对较弱。

地层名称	原始SPT-N	修正SPT-N
① 尾粉土	9.2	8.2
② 尾粉土	13.3	10.0
②1 尾粉质粘土	8.7	6.1
④3 粉砂	23.5	17.0
④4 粉质粘土	24.4	18.7

然而静力触探试验CPT结果似乎呈现出相反的结论，参考以前的CPT数据，发现目前的数据可能有问题，需要对每个钻孔分别进行检查以确定哪个环节出的问题。②1 尾粉质粘土层的厚度约为5m。

地层名称	锥头阻力 (kPa)	侧阻力 (MPa)	摩阻比
① 尾粉土	4.32	42.0	0.9
② 尾粉土	5.05	69.0	1.8
②1 尾粉质粘土	10.49	174.4	2.3
④1 粉土	12.87	180.0	2.0
④4 粉质粘土	12.59	152.7	1.6