一项关于干湿循环对赤泥力学性能影响的实验研究

《Scientific Reports》：An experimental study on the effects of drying-wetting cycles to the mechanical properties of red mud

　　

摘要

赤泥是一种在氧化铝生产过程中产生的危险工业废物，由于其复杂的化学成分和较差的工程性能，在安全堆放和利用方面面临巨大挑战。长期堆放赤泥会导致反复的自然干湿循环，这会显著改变其强度特性，并进一步威胁赤泥堆的稳定性。在本研究中，对拜耳赤泥（BRM）和贵州铝厂5号堆场的混合赤泥（MRM）在0、1、3、7、12个干湿循环条件下的性能进行了测试，包括其物理、微观和力学特性。使用Geo-Studio软件（SEEP/W和SLOPE/W模块）评估了极端降雨条件下的堆场稳定性。结果表明，BRM的无侧限抗压强度（q_u）和内聚力（c）随循环次数的增加而降低，而MRM的这些参数则显著提高。具体而言，MRM的无侧限抗压强度从115.78 kPa上升到150.38 kPa，内聚力从61.67 kPa增加到121.91 kPa。BRM的内摩擦角（φ）略有增加，而MRM的内摩擦角略有减小。在极端降雨条件下，赤泥的安全系数分别为1.205、1.219、1.240、1.263和1.288，均大于临界值1.0，并且随着循环次数的增加而提高。本研究表明，在BRM上堆放MRM是可行的，且能有效提高长期堆场稳定性，为赤泥的安全堆放和资源利用提供了理论支持和工程指导。