尾矿坝筑坝材料和库内尾矿特有的工程性质使得尾矿库的正常运行依赖于坝体是否稳定。因此,必须对尾矿库的沉积规律及安全运行条件进行研究,以解决尾矿坝的稳定性问题。影响尾矿坝稳定运行的因素众多,主要包括尾矿的颗粒成分、坝体的堆筑形式、坝内尾矿沉积特征、尾矿料和筑坝料的抗剪强度、坝体坡度和高度、坝体浸润线埋深、干滩长度等。论文依托云南吴家箐高堆磷石膏尾矿坝实际工程,在尾矿物理力学性质、尾矿坝渗流规律、尾矿坝静动力稳定性及可靠性、尾矿坝地震响应及液化特性、尾矿坝扩容加固关键技术等方面进行了深入研究。论文完成的主要内容和取得的成果如下:(1)基于吴家箐磷石膏尾矿坝的工程地质、水文地质勘察资料,在尾矿区进行现场测试,并对主要尾矿料进行静、动力特性试验。根据现场测试成果和室内试验成果研究磷石膏尾矿的沉积规律和物理力学特性。(2)依据尾矿的饱和一非饱和渗透特性及其抗剪强度理论,并结合尾矿坝中流固耦合作用机理,利用有限元分析软件Midas-GTS和Geo-Studio分析尾矿坝孔隙水压力分布特征和渗流场分布特点。(3)在渗流计算的基础上,采用极限平衡法和强度折减法计算尾矿坝在不同工况条件下的静力稳定性,研究不同干滩长度运行时的渗流作用和耦合效应强弱。同时在极限平衡理论的基础上引入可靠度理论,通过敏感性分析和可靠度分析来研究各变量的变异性对尾矿坝稳定性可靠度的影响。(4)利用尾矿坝二维、三维有限元动力计算模型,选择合理的尾矿材料参数、边界条件和本构模型,分析尾矿坝扩容堆高前后的应力-应变场分布特征、动力响应特点以及地震液化特性,并综合评价尾矿坝在地震工况下的动力稳定性。(5)根据吴家箐磷石膏尾矿坝静、动力稳定性和可靠度分析结果,并结合其工程特点和尾矿坝扩容加固经验,研究尾矿坝扩容加固措施的抗震加固效果。结果表明,各种加固措施均能提高尾矿坝静、动力稳定性和可靠度,并在一定程度上减小尾矿坝的动力响应和初期坝液化的可能性。在考虑施工难度和造价允许的条件下建议优先采用反向压坡和抗滑桩进行联合加固措施进行加固。论文主要创新性研究成果主要体现在以下几个方面:(1)通过研究磷石膏的水-土特征曲线和渗透性函数,考虑了基质吸力对非饱和渗透性的影响。更加准确地描述了磷石膏的非饱和特性,使得渗流场计算结果更加符合实际情况。(2)将传统的安全系数法与可靠度分析方法相结合,充分考虑坝体稳定性影响因素在时空上的变异性,并得到潜在滑动面的安全系数和相应的可靠度指标,从而更加科学、合理地评价尾矿坝的稳定性。(3)利用原位测试法和剪应力对比法初步判定尾矿坝液化的可能性,并在此基础上对尾矿坝进行有限元液化计算,进一步分析尾矿坝液化的可能性和液化部位,并综合评价液化对坝体稳定性的影响。