尹升华等：不同孔隙比下风化壳淋积型稀土矿强度特性 ·163· 在峰值剪切强度附近，当剪应力经过峰值开始下降， 表3不同孔隙比试样剪切强度参数 试样已经发生破坏. Table 3 Parameters of shear strength for different porosity samples 取各剪应力曲线的峰值点作为试样剪切破坏强 正应力， 剪切应力，黏聚力， 内摩擦角， 组号 孔隙比 度，作各正应力条件下孔隙比与土体剪切破坏强度 o/kPa T/kPa c/kPa 9/() 的关系曲线，如图4.由图4中曲线可知，土体剪应 100 72.5 200 123.1 力峰值τ随孔隙比e的增大而减小 0.6 35.76 21.34 300 161.2 ◆一正应力100kPa 400 197.7 200 正应力200kPa 100 85.2 一正应力300kPa 。一正应力400kPa 200 142.1 2 0.7 29.08 17.17 150 300 194.9 400 226.8 100 100 96.3 200 148.1 3 0.8 19.65 16.34 202.8 50 300 400 248.5 100 114.2 0.6 0.7 0.80.91.0 1.1 200 159.6 孔隙比，e 0.9 16.9013.23 300 218.7 图4孔隙比与剪应力峰值关系曲线 400 287.2 Fig.4 Relation between porosity ratio and shear stress peak 100 104.2 200 147.1 1.0 11.4012.15 300 196.9 由图4可知实验稀土矿样的剪应力峰值τ与孔 400 262.8 隙比e呈负相关关系.这主要由于随着孔隙比的增 100 84.6 大，稀土矿物颗粒之间的距离随之增大，矿块整体变 200 131.8 1.1 10.619.24 得疏松.从而，颗粒间的黏结效果的减弱导致稀土 300 171.9 矿样的剪应力峰值降低.此外，实际原地浸出稀土 400 215.2 矿时由于矿物颗粒迁移和溶液离子的化学交换，改 由表3中数据可知，稀土矿样抗剪强度指标(c、 变了矿体中的颗粒级配，并加剧孔隙分布的不均质 p值)均随孔隙比增大而变小.由图5分析可知，整 性，最终也使得矿体强度降低. 体上不同孔隙比的试样在不同正应力条件下，剪应 2.2不同孔隙比试样黏聚力c、内摩擦角p值 力与正应力的变化为线性增长关系，工程实际上两 对不同孔隙比的试样在不同正应力条件下的剪 物理量可相互替换.但是，实验矿样的剪切应力在 应力进行回归分析（见图5），线性回归直线与纵轴 一定小的范围下正应力始终为0.以孔隙比为0.6 交点即试样黏聚力©，与横轴夹角即试样内摩擦角 ,具体数据如表3所示 为例，该孔隙比下矿样剪切应力在0~35.76kPa范 围时，其正应力为0.因此，在实际过程，两物理量的 200 表征替换在小应力下不再适用. 。e为0.6◆e为0.9 175 、e为0.7★e为1.0 2.3孔隙比与黏聚力的关系 e为0.8 。e为1.1 150 为建立稀土刊矿孔隙比与黏聚力的关系，做稀土 125 矿样孔隙比与黏聚力的变化关系图，如图6所示. 100 对图6中实验数据分布，分别采取线性、指数函数和 多项式形式进行拟合分析，将分析结果列于表4.对 比表中拟合相关系数的大小可知，多项式形式拟合 25 程度最高.因此，采用多项式形式建立稀土矿孔隙 比e与黏聚力c的数学模型，如下式. 100 200 300 400 正应力，oPa c=80.66e2-188.99e+120.58 (3) 图5正应力与剪应力关系 由图6中孔隙比与黏聚力的关系可知，随着实 Fig.5 Relation between normal stress and shear stress 验矿样孔隙比的增大，矿物颗粒间的距离变大，导致尹升华等: 不同孔隙比下风化壳淋积型稀土矿强度特性 在峰值剪切强度附近,当剪应力经过峰值开始下降, 试样已经发生破坏. 取各剪应力曲线的峰值点作为试样剪切破坏强 度,作各正应力条件下孔隙比与土体剪切破坏强度 的关系曲线,如图 4. 由图 4 中曲线可知,土体剪应 力峰值 子f随孔隙比 e 的增大而减小. 图 4 孔隙比与剪应力峰值关系曲线 Fig. 4 Relation between porosity ratio and shear stress peak 由图 4 可知实验稀土矿样的剪应力峰值 子f与孔 隙比 e 呈负相关关系. 这主要由于随着孔隙比的增 大,稀土矿物颗粒之间的距离随之增大,矿块整体变 得疏松. 从而,颗粒间的黏结效果的减弱导致稀土 矿样的剪应力峰值降低. 此外,实际原地浸出稀土 矿时由于矿物颗粒迁移和溶液离子的化学交换,改 变了矿体中的颗粒级配,并加剧孔隙分布的不均质 性,最终也使得矿体强度降低. 图 5 正应力与剪应力关系 Fig. 5 Relation between normal stress and shear stress 2郾 2 不同孔隙比试样黏聚力 c、内摩擦角 渍 值 对不同孔隙比的试样在不同正应力条件下的剪 应力进行回归分析(见图 5),线性回归直线与纵轴 交点即试样黏聚力 c,与横轴夹角即试样内摩擦角 渍,具体数据如表 3 所示. 表 3 不同孔隙比试样剪切强度参数 Table 3 Parameters of shear strength for different porosity samples 组号 孔隙比 正应力, 滓/ kPa 剪切应力, 子 / kPa 黏聚力, c/ kPa 内摩擦角, 渍/ (毅) 1 0郾 6 100 72郾 5 200 123郾 1 300 161郾 2 400 197郾 7 35郾 76 21郾 34 2 0郾 7 100 85郾 2 200 142郾 1 300 194郾 9 400 226郾 8 29郾 08 17郾 17 3 0郾 8 100 96郾 3 200 148郾 1 300 202郾 8 400 248郾 5 19郾 65 16郾 34 4 0郾 9 100 114郾 2 200 159郾 6 300 218郾 7 400 287郾 2 16郾 90 13郾 23 5 1郾 0 100 104郾 2 200 147郾 1 300 196郾 9 400 262郾 8 11郾 40 12郾 15 6 1郾 1 100 84郾 6 200 131郾 8 300 171郾 9 400 215郾 2 10郾 61 9郾 24 由表 3 中数据可知,稀土矿样抗剪强度指标(c、 渍 值)均随孔隙比增大而变小. 由图 5 分析可知,整 体上不同孔隙比的试样在不同正应力条件下,剪应 力与正应力的变化为线性增长关系,工程实际上两 物理量可相互替换. 但是,实验矿样的剪切应力在 一定小的范围下正应力始终为 0. 以孔隙比为 0郾 6 为例,该孔隙比下矿样剪切应力在 0 ~ 35郾 76 kPa 范 围时,其正应力为 0. 因此,在实际过程,两物理量的 表征替换在小应力下不再适用. 2郾 3 孔隙比与黏聚力的关系 为建立稀土矿孔隙比与黏聚力的关系,做稀土 矿样孔隙比与黏聚力的变化关系图,如图 6 所示. 对图 6 中实验数据分布,分别采取线性、指数函数和 多项式形式进行拟合分析,将分析结果列于表 4. 对 比表中拟合相关系数的大小可知,多项式形式拟合 程度最高. 因此,采用多项式形式建立稀土矿孔隙 比 e 与黏聚力 c 的数学模型,如下式. c = 80郾 66e 2 - 188郾 99e + 120郾 58 (3) 由图 6 中孔隙比与黏聚力的关系可知,随着实 验矿样孔隙比的增大,矿物颗粒间的距离变大,导致 ·163·