非圆球状砂土颗粒在沉积过程中可以形成一个颗粒排列的优势方向,从而导致砂土的材料各向异性。而土体的各向异性对土工计算有一个不可忽视的影响,特别是对尾矿坝这种关系大范围人民生命财产的特殊设施,进行准确的安全评估尤为重要。因此,需要对尾矿砂各向异性进行研究,并以此来揭示各向异性对尾矿坝稳定性的影响机理,以至达到评估尾矿坝稳定性并进一步采取应对措施的目的。本文利用改进的直剪试验作为研究手段从剪切倾角、初始孔隙比和正应力三个方面对尾矿砂各向异性展开研究,最后在试验研究的基础上引入各向异性模型对一典型尾矿坝进行了数值计算。首先,对不同剪切倾角在相同初始孔隙比和正应力情况下的尾矿砂试样强度特性的研究发现,试样峰值摩擦角会随着剪切倾角θ的增大先减小后增大,在θ= 25附近出现最小值,并且θ= 90远远大于θ= 0的峰值摩擦角。同一正应力的最大峰值摩擦角与最小值差别在8左右,但相应的残余强度差别在2以内。而以正应力和初始孔隙比分别作为试验主要变量时,发现不同正应力下存在相似的峰值摩擦角随剪切倾角变化趋势线,且随着正应力的增大相同剪切倾角θ的峰值摩擦角会减小;在同一剪切倾角下,相对于随初始孔隙比基本恒定的残余摩擦角,松砂的峰值摩擦角比密砂减小很多。其次,在分析对应的直剪试验体变数据基础上,本文得到了初始孔隙比分别为0.84和1.09的尾矿砂试样剪胀性。总结后发现相同剪切倾角情况下试样的孔隙比越大,剪胀越小,如果松砂孔隙比达到一定程度,只会发生持续剪缩,这与现有砂土剪胀规律一致。而本文重点关注尾矿砂试样的剪胀性随剪切倾角的二次曲线变化趋势,对于这种现象本文运用具有齿状接触面的刚性块物理模型进行了分析。最后,在试验研究的基础上,本文总结了一个强度各向异性模型,并运用其对一个具有匀质子坝的典型尾矿坝进行了稳定性分析。数值计算发现,考虑强度各向异性的尾矿坝稳定性相对于各向同性强度有4.84%的降低,这说明尾矿砂材料各向异性对坝体稳定性有不可忽视的影响。