尾矿库是矿山的重大危险源,一旦发生溃坝将造成巨大的生命财产损失和环境污染。我国是一个地震频发、地震烈度高的矿业大国,某些省份具有较多尾矿库,同时又位于高地震烈度区,加大了地震导致溃坝的危险性。由于选矿技术的进步,尾矿越磨越细,加之许多矿山把粗粒尾矿用于井下充填,入库尾矿的细粒含量越来越多,导致尾矿坝动力抗震能力减弱。因此,本文以四川某尾矿库为工程背景,采用理论分析、室内试验、模型试验和数值模拟等手段分析了细粒含量对尾矿及尾矿库宏、细观性质的影响,探索了细粒含量变化导致尾矿动力特性改变的微观机理,研究了细粒含量对尾矿料动力特性的影响,讨论了不同细粒含量尾矿筑坝下坝体的动力响应特性。主要研究成果如下:(1)通过室内试验、模型试验和数值模拟分析了细粒含量对尾矿及尾矿库宏细观性质的影响。结果表明:随着细粒含量的增加,塑性指数总体呈逐渐增大的趋势;尾矿的渗透系数逐渐减小且减小的速度递增,细粒含量到达80%、100%时,尾矿渗透系数呈数量级的减少;尾矿级配情况的总体趋势是:一般到良好到一般;最大孔隙比和最小孔隙比先减小后增大;强力链逐渐减少,弱力链逐渐增加,总的力链数不断增加,细粒尾矿承受的力越来越大,粗颗粒传递的荷载逐渐由细颗粒承当。(2)采用电镜扫描试验、图像处理技术和XRD试验探究了细粒含量对尾矿动力特性影响的微观机理。结果表明:砂性尾矿由粒状颗粒组成,粉性尾矿含有部分板状颗粒,黏性尾矿由片状、碎屑状颗粒组成,这种片状结构导致其较易压碎,不利于动强度的提高;黏性尾矿颗粒存在双电层结构,微观上呈现吸附现象,有利于动粘聚力提高;随着细粒含量的减少,硬度较高的原生矿物的含量增多,硬度较低的次生矿物的含量减少,有利于尾矿动强度的提高。(3)计算、分析尾矿颗粒形状参数发现:随着粒径的增大圆度和扁平度总体上呈递减的趋势,凸度、棱角参数、粗糙度和分维数总体上呈增大的趋势;随着颗粒扁平度、棱角参数的增大动内摩擦角逐渐增大且增长越来越缓慢。(4)利用分形理论计算、分析了尾矿的分维数。结果表明,随着细粒含量的增多,尾矿级配总体情况为:一般到良好再到一般,分维数的判别结果与曲率数和不均匀系数的判别结果基本一致;粒度分维数和表面分维数逐渐增大,孔隙分维数逐渐减小,粒度分维数的相关度先增大后减小,当细粒含量为30%时相关度最高,级配最好,骨架较为稳定。(5)动三轴试验结果发现随着尾矿由粗到细、细粒含量的增多,尾矿的动压缩弹性模量、初始动剪切弹性模量和最大动剪应力总体上有减小的趋势;尾矿抗液化强度先增强后减弱,并减小到很小,当细粒含量为34%左右时抗液化强度最高,与细粒含量为30%时粒度分维数的相关度最高的结论基本吻合,此时尾矿骨架较为稳定。(6)数值模拟结果表明随着筑坝尾矿细粒含量的增多,浸润线埋深逐渐变浅,细粒含量超过60%时其埋深变化迅速;水平向最大位移值几乎不变,发生最大位移的区域在扩大;液化区域不断向坝坡扩展,液化区域的面积不断增大,液化区域面积百分比线性增大;坝体的最小安全系数逐渐降低,坝体动力抗震能力逐渐减弱,细粒含量超过60%时安全系数迅速减小。