尾矿库是指筑坝拦截谷口或围地构成的用以贮存尾矿的场所。它是金属矿山三大控制性工程之一，也是非煤矿山最大的危险源。尾矿库运营好坏，不仅影响到矿山企业的经济效益，而且与库区下游居民的生命财产及环境息息相关。依据《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》，国家科技部在“十一五”国家科技支撑计划重点项目中，已将“非煤矿山尾矿库溃坝”列为“公共安全”重点领域的重要研究内容之一。在《国家安全生产十二五规划》中，亦提出了针对“地下开采矿山、露天矿山、尾矿库等开展专项整治”。目前，我国除了上海等少数省份没有尾矿库外，其余省市均存在数量不等的尾矿库。据统计，2008年底我国有12万余座尾矿库，而且每年还以200座的规模在增加。同时，随着采矿业与选矿业的不断发展，尾矿库方面也出现了一些新的问题，比如：随着土地资源的短缺和环境保护方面的严格要求，使得老尾矿库不断加高库容，尾矿坝越堆越高，新尾矿库的坝高记录也在不断突破，目前，设计坝最高达到260m，坝高超过200m的尾矿库已经达上百余座；随着矿山采矿产能的不断扩大，排入库内的尾矿也在不断增多，这样尾矿坝的堆坝上升速度也在不断提高，原来一年堆一级子坝，上升高度为2.0－3.0m，现在一年堆积4－6级子坝，上升速度达到8.0－12.0m，有的矿山甚至超过20.0m。在场地条件和使用条件越来越苛刻的情况下，尾矿坝的堆积高度越来越高，筑坝上升速度越来越快，而现有的堆坝方法和工艺无法满足，结果使得尾矿库出现一些险情，有的尾矿库刚投入使用，就成为病险库而遭遇报废，严重影响矿山的正常生产。为此，从企业可持续发展、节约土地和环境保护方面考虑，矿山迫切希望能提出一些新的堆坝工艺和技术，以解决尾矿库使用过程中遇到的这些新问题。本论文主要以凉山矿业新建的小打鹅尾矿库为工程背景，采用现场勘探、室内试验、理论分析和数值模拟等综合性研究方法，针对快速高堆尾矿坝的关键力学问题、堆坝方法和工艺等进行了深入系统的研究与探讨，以解决矿山面临的亟待解决的技术难题，为建设平安矿山服务。本文的主要研究内容和取得的创新性科研成果为：①介绍人类开发利用矿产资源的基本过程以及尾矿的来源；总结了尾矿材料的分类及其物理力学性质的经验值；归纳了尾矿地面堆存的5种基本类型、尾矿坝的常用筑坝方式及其特点，认为高浓度尾矿堆积法（圆锥法）是未来尾矿地表堆存的主要发展方法。总结了国内外尾矿库灾害事故的类型与发生的原因。统计分析得出，目前我国尾矿库发生事故的主要原因大体上可以归纳为两大类：（1）尾矿库防洪不达标，防洪能力差，尤其遇到极端天气，情况更糟糕；（2）尾矿坝稳定性差，出现坝坡面、坝基或坝肩渗漏，引起尾矿坝失稳溃坝。②结合上游式尾矿坝的形成过程及其特点，揭示了上游式尾矿坝的结构组成。通过现场勘探测试，发现在上游式筑坝过程中，尾矿沿干滩面的沉积规律以及随着时间的推移尾矿料在重力作用下的固结密实特性。结果显示，两类主要的尾矿（尾粉砂和尾粉土）随着埋深越大，其密实度也越大，而尾粉砂的敏感性更高，更易密实。室内试验的结果表明，随着时间的推移，尾矿的饱和密度和干密度也逐渐增大，到达144～168小时后，趋于稳定。在两种尾矿中，尾粉砂的工程力学性质均比尾粉土好，所以尾粉砂更适合作为堆坝材料。③从我国尾矿库的现状出发，分析了我国尾矿库的特点，主要表现为：分布区域广，数量多、规模小，病、险、危类尾矿库所占比例高，安全形势非常严峻。从量与质两方面对我国入库尾矿进行了分析，结果显示，目前入库主要呈现两大特点：（1）入库尾矿的数量在成倍增加；（2）入库尾矿的性质发生了变化，尾矿颗粒组成越来越细。④针对快速高堆坝这一新鲜事物，提出了一些新的概念及定义。从现有尾矿库等别评判标准中的两个参数（库容（V）和坝高（H）分析，认为尾矿坝的高度（H）更重要。同时，综合业界已有的资料，分析认为尾矿高堆坝的高度界定为100.0m比较合理，即总坝高（H m）等于或超过100.0m就认定为高坝范畴。结合尾矿坝的形成过程，给出尾矿坝的筑坝上升速度（u）的定义。同时，提出了单位坝高库容（η）的概念。认为筑坝上升速度（u）越高对尾矿坝的稳定越不利，在选择尾矿库时，单位坝高库容（η）值越大越好。并就我国快速高堆坝产生的缘由及其存在的弊端进行了分析，可为我国矿山尾矿库设计与安全管理提供参考。⑤利用理论分析，从工程力学的角度，针对尾矿堆积子坝的极限堆积高度和尾矿坝上升极限速度进行研究，获得了不同尾矿材料的、不同堆坝速度下，尾矿堆积坝的稳定性。从理论上推导出比较结合实际情况的、子坝极限高度的计算公式。获得了4种尾矿的极限堆坝上升速度的变化规律以及极限值。即随着年堆坝速度的增加，尾矿坝的稳定性也是逐渐降低。如果按照稳定系数为1.0来判断，则尾细砂的年堆坝极限速度为24.0m，尾粉砂为18.0m，尾粉土为12.0m，尾粉质粘土6.0m。如果按照1.05的稳定系数标准来判断，那么尾细砂的年堆坝极限速度为18.0m，尾粉砂为12.0m，尾粉土为12.0m，尾粉质粘土6.0m。⑥针对尾矿坝堆筑上升过程进行了剖析，得出控制堆坝上升速度的关键是子坝的堆筑和沉积滩的有效形成。为此，在现有快速堆筑子坝的方法基础上，提出了两种新方法，即旋流分级分段堆筑子坝法和预制构件堆积子坝法。采用这些方法，不仅可以有效地解决子坝快速堆筑问题，而且工作效率也很高，劳动强度也很低，因为均是采用机械化作业。另外，提出了滩面分区管理的工艺，能有效地提高沉积滩面的强度，有效地解决沉积滩快速上升的问题。采用这些方法和工艺，可以解决尾矿坝快速堆积的问题。⑦以新建小打鹅尾矿库工程为实例，分析了该尾矿库的两大特点，即堆坝上升速度快，平均年上升高度为18.0m，尾矿坝高为185m，属于高坝的范畴。根据这些特点，结合尾矿库周边环境，在堆坝工艺和方法上，选择了旋流分级堆坝方法。在此基础上，对该尾矿坝的渗流场、坝体的稳定性及其坝体应力变形等进行了理论计算与数值模拟分析，结果显示，采用这些新的方法和工艺能满足该尾矿库的快速高堆尾矿坝的要求，但尾矿坝的安全稳定方面，要求尾矿坝的堆积过程中一定要设置坝体水平排渗系统，降低坝体的浸润线，这样才能确保尾矿坝的稳定满足规范要求。尽管已有矿山采用旋流分级堆积尾矿坝的工程事例，但基本是解决粗粒尾矿不足的问题，结合上游法解决堆坝上升速度快的工程事例，目前国内外尚未见报道，小打鹅尾矿库属于首次应用。从当前小打鹅尾矿库的运行的情况来看，应该是成功的。这些研究成果不仅解决了小打鹅尾矿库的实际生产中的问题、产生较大的经济效益与社会效益，而且在理论方面亦有较高的学术价值，可为矿山今后尾矿库的设计、安全管理所借鉴。