尾矿库作为一座人工形成的高位泥石流危险源,在运行期间,易受到外界的影响,尤其是强降雨,对尾矿坝的危害极大,同时不同粒径组合的尾矿砂具有不同的物理力学性质,进而影响坝体的安全稳定。本文主要研究强降雨作用下不同颗粒级配尾砂组成的尾矿坝的安全状况,取各处堆积子坝尾砂进行物理力学参数测试;选取最上部子坝尾砂试样构筑相似坝体,探究降雨强度对子坝溃坝的影响;构建与实体坝体类似模型,用迈达斯GTS NX模拟,开展不同降雨量,不同尾矿坝组构条件下的尾矿坝体稳定状况的研究。主要内容和成果如下:(1)各堆积子坝的颗粒级配组成不同,对子坝的尾砂做颗粒级配分析,选取粒径级配差别明显的6组,计算出不同组构的不均匀系数和曲率系数。运用TST-70型渗透仪测出不同组构尾矿砂的渗透系数,得出在0.154mm及以下粒径尾砂所占比小时,渗透系数为10-3cm/s级,而当粒径分布较均匀,不缺少较细尾砂时,渗透系数为10-4cm/s级,可见尾砂分布越均匀,渗透系数越小。通过尾矿砂三轴剪切试验,得出6组不同组构尾砂的黏聚力和摩擦角,其中黏聚力与尾砂的不均匀系数呈正比,与曲率系数呈反比。(2)采用最上部堆积子坝的尾砂作为试验材料,自制试验装置,模拟子坝在强降雨作用下的溃坝过程,试验雨强选取0、20mm/h、40mm/h、60mm/h和80mm/h。得出在距原坝体与坝高相当的位置内,降雨强度为60 mm/h的堆积子坝溃坝危害最大,在超过坝高的范围内,降雨强度为80 mm/h的子坝溃决产生的危害最严重;降雨强度为20 mm/h和不降雨的坝体溃坝对下游较远处无影响;随着降雨强度的增加,溃坝运移的能力显著增强,干尾砂对下游较远处基本无危害。(3)选取湖南某铅锌尾矿坝为研究对象,运用GTS NX建模,对降雨强度为30 mm/h,不同降雨时长,以及对上述6组不同组构尾砂组成的尾矿坝稳定状况进行模拟分析,得出尾矿坝的安全系数与黏聚力正相关,与摩擦角关系不明显;安全系数大致和不均匀系数呈正比,与曲率系数呈反比;不同组构对最大剪应变的大小和分布有影响,随黏聚力的增加,最大剪应变的范围和大小都呈增长的趋势,剪应力也是如此;不同组构的尾矿坝通过粒径的分布影响负孔隙水压力的大小,粒径分布越合理,负孔隙水压力越大,坝体越密实;当降雨时长≥4 h时,粒径的分布影响竖直方向水力梯度的大小,粒径分布越合理,竖直方向水力梯度越大,透水性越差,堆积坝上表面越安全。