冻融循环作用下尾矿砂抗剪强度和变形特性研究

为探究冻融循环后尾矿物理力学特性的变化特征,使用高低温试验箱和应变控制式三轴剪力仪对处于不同初始条件下的尾矿砂进行不排水不固结试验,揭示了尾矿砂的抗剪强度参数、不同围压条件下的变形模量与冻融循环次数、含水率之间的关系。结果表明:相同含水率条件下,随冻融循环次数增加,尾矿砂黏聚力先减小后趋于稳定,内摩擦角先增大后减小,围压100 k Pa和200 k Pa时变形模量逐渐减小,围压300 k Pa时变形模量呈现先减小后缓慢增大的趋势;相同冻融循环次数条件下,随尾矿砂含水率增加,其黏聚力先增加后减小、内摩擦角不断减小;不同围压条件下变形模量在总体上均呈现出不断减小的变化趋势,围压200 k Pa时变形模量总的衰减量最大,100k Pa次之,300 k Pa最小。     

压实度和含水率对铁尾矿抗剪强度影响的试验分析

以阜新同乃铁矿排放的铁尾矿为研究对象,经试验得出其级配不良,属于含砂低液限粉土.通过室内试验分析了不同含水率和压实度条件下铁尾矿的抗剪强度.结果表明,铁尾矿的抗剪强度与其含水率和压实度之间有很大的相关性.相同压实度条件下,黏聚力随含水率升高呈先增大后减小的规律,存在特征含水率,在特征含水率条件下黏聚力达到最大值.黏聚力与含水率可近似拟合为二次函数.土颗粒间的水膜联结和胶结作用对黏聚力的产生具有重要作用,黏聚力因含水率的不同而变化较大.试验得出含水率变化对铁尾矿内摩擦角的影响较小,这是因为砂土的内摩擦角与砂土的颗粒结构、大小及密实程度密切相关,而铁尾矿中的粗粒含量较高,含水率变化不会引起其颗粒结构、大小及密实程度的显著变化.在相同含水率条件下,铁尾矿的黏聚力和内摩擦角均随压实度增大而呈近似线性增大.不同含水率和压实度条件下,铁尾矿的黏聚力均不大,铁尾矿的抗剪强度主要依靠内摩擦角的贡献.考虑铁尾矿材料的抗剪强度因压实度和含水率不同而变化,可使尾矿库稳定性分析结果更符合实际情况.     

细粒尾矿坝暴雨蓄洪局部溃塌原因分析

为分析某细粒尾矿坝暴雨蓄洪局部溃决机理,对尾矿颗粒组成及其物理力学指标、尾矿砂沉积分布特征、调洪引起的坝体渗流条件与浸润线变化、渗流稳定以及排水设施等方面进行了分析,同时进行了相应的滑动稳定性计算.根据非饱和土理论从以下几方面探讨了细粒尾矿坝局部失稳原因:降雨使上部子坝非饱和尾亚砂土含水量增加,基质吸力降低导致其抗剪强度下降,浸润线位置上升;排水措施不足以及渗流稳定计算等.     

毛细驱动诱发的尾矿强度劣化演化规律及机制

为了研究毛细作用对尾矿坝工程性质的影响规律及机制,以陕西某铜矿尾矿为研究对象,通过直剪试验对自然含水状态下、毛细饱和状态下、重力饱和状态下堆积坝外坡和沉积滩面不同距离处的尾矿进行力学性质测试。结果表明：尾矿黏聚力随粒径减小逐渐增大,内摩擦角随粒径减小逐渐减小,二者共同作用影响其抗剪强度;随含水率的增大,尾矿强度逐渐下降;浸润线以上毛细饱和带中尾矿含水率与浸润线以下尾矿含水率相等;基于以上研究结果,引入毛细饱和带概念,提出了基于毛细作用影响的尾矿坝真实浸润线的概念与计算方法,修正了浸润线高度计算公式。     

细尾矿砂非饱和渗流稳态含水率二维解析解

为准确描述非饱和细尾矿砂内部含水率的空间分布规律,采用解析方法求解了非饱和尾矿砂的二维Richards方程,探讨了解析求解过程中方程和求解区域简化的思路,介绍了非饱和细尾矿砂含水率空间分布的实验结果,采用混沌粒子群优化算法计算了求解过程中引入的常数。研究结果表明:解析解具有无穷级数的形式,且级数的系数具有很好的收敛性,非饱和细尾矿砂含水率在水平和竖直方向上的分布均近似服从指数函数,混沌粒子群优化算法的误差收敛性明显,利用解析模型得到的各点含水率计算值与实验测量值均符合的比较好。所得解析公式能够很好地描述非饱和细尾矿砂内部含水率的空间分布规律。     

金尾矿与土工格栅界面摩擦特性的试验

尾矿坝加筋设计时,土工格栅与尾矿界面摩擦特性是影响加筋结构安全稳定的重要因素。通过室内拉拔试验,分析了上覆压力、含水率和拉拔速率3个试验条件对筋-尾矿界面摩擦参数的影响。结果表明:含水率对似黏聚力和似摩擦角的影响显著,但随含水率增大似黏聚力与界面摩擦强度变化趋势一致,都呈现先增大后减小的规律,在含水率变化情况下的界面参数选取中主要考虑似黏聚力;拉拔速率对似摩擦角比对似黏聚力的影响大,且似摩擦角与界面摩擦强度都随拉拔速率增大而增大,但似摩擦角增大速率逐渐减缓,随拉拔速率加大,对界面参数的主要影响开始由似摩擦角向似黏聚力转变;在不同尾矿含水率或拉拔速率情况下似摩擦系数均随法向应力增大呈非线性递减,可用二次抛物线拟合反映二者关系,且含水率对似摩擦系数的影响比拉拔速率对其的影响大,而在法向应力一定情况下,似摩擦系数随含水率的变化与对应界面参数似黏聚力的变化规律相同,随拉拔速率的变化与对应的界面参数似摩擦角的变化规律相同。     

考虑变量相关性的尾矿坝坡失稳溃坝概率计算方法

对国内外尾矿坝溃坝事故进行整理分析,得出坝坡失稳是导致溃坝的一个主要原因,利用突变理论对坝坡失稳进行分析,从突变学角度证明内摩擦角和粘聚力是尾矿坝坡失稳溃坝的主要影响因素。摒弃传统的尾矿坝抗滑稳定性安全系数定值计算方法,选取综合考虑诸因素的不确定性的概率方法来计算尾矿坝坡失稳溃坝概率,确定内摩擦角和粘聚力作为随机参数,建立尾矿坝坡失稳破坏的功能函数,确定模拟次数;采用考虑随机变量相关性的蒙特卡罗进行尾矿坝坡失稳溃坝概率计算。该方法成功克服了matlab传统子集模拟方法只能解决随机变量为正态分布且变量之间相互独立的不足,并以某尾矿坝为例对其因坝坡失稳导致的溃坝概率进行了计算。     

不同筋料对尾矿坝渗透特性影响规律研究

铺设加筋材料作为一种普遍使用的提高土体或坝体稳定性的工程措施,在提高坝 体力学强度的同时,在筋带处形成的混合体也改变了尾矿砂自身的渗透特性。采用理论 分析、渗透试验和数值模拟相结合的研究手段,探析了不同筋带密度下土工格栅与土工 织物对尾矿砂渗透系数的影响。结果表明:土工格栅与土工织物两种加筋方式均会使尾 矿砂渗透系数减小;土工织物加筋在渗流时会阻挡细粒组运移,有效避免细粒组随渗透 水流出,从而降低试件渗透系数;土工格栅则通过横肋对尾矿砂颗粒的嵌锁作用阻滞颗 粒运移,致使渗流过程中孔隙扩展变弱,最终达到降低渗透系数的作用。研究成果加深 了对加筋尾矿坝渗透规律的认识,为研究加筋尾矿坝的稳定性提供了新的思路。     

深部大跨度泥质顶板剪切冒落失稳区预测研究

为了预测深部大跨度泥质顶板剪切冒落失稳区范围,基于泥岩峰后黏聚力软化-内摩擦角硬化的力学特性,获得了基于Mohr-Coulomb理论的泥岩峰后黏聚力软化-内摩擦角硬化的力学模型及参数,构建了深部大跨度泥质巷道数值模型,提出了泥岩峰后各强度参数变化对巷道顶板剪切破坏区的影响范围。结果表明:泥岩在峰后剪切破坏过程中具有明显的黏聚力软化-内摩擦角硬化特性;基于泥岩峰后黏聚力软化-内摩擦角硬化计算获得的巷道顶板剪切冒落高度小于黏聚力软化-内摩擦角软化的计算高度;巷道顶板潜在剪切破坏区位置及范围与泥岩峰后黏聚力软化-内摩擦角硬化计算结果十分接近。     

某铀尾矿库地震和渗流耦合作用下稳定性研究

为了研究某铀尾矿库在不同工况下渗流流态和安全系数,以南方某铀尾矿库为对象,耦合GEO-Studio软件中SLOPE/W和SEEP/W模块,并利用极限平衡理论模拟研究了不同工况下坝体渗流流态和安全系数。结果表明:水流主要通过尾粉土层流过尾矿坝,使水力坡降主要集中在初期坝坡前底部;随着水位上升,坝体中水力等势线越来越稀疏,同时尾矿坝3个渗流截面流速加大; 6~9度地震烈度激励下,尾矿坝安全系数维持在1.23~0.91之间,不能满足规程要求。建议初期坝坡坝底埋设排水管,减小水流对初期坝压力,同时对尾矿坝,特别是尾粉土层进行灌浆加固,提高尾矿坝稳定性。     

某铀尾矿库坝体渗透破坏力学因素分析及试验探究

由于铀尾矿库坝体尾矿砂的碎散性和多相性,渗流作用下相互接触的土颗粒组成的"土骨架"出现的变形或破坏一直受到高度重视,但对其渗透破坏的影响参数试验研究较少。铀尾矿坝体的粗粒土粒径级配不均匀系数、含水率不同的抗剪强度等是影响临界水力坡降的主要因素。在试验的基础上,通过分析得出铀尾矿砂颗粒均匀且级配良好、含水率为26%～34%的粗粒土渗透破坏坡降,比颗粒不均匀、含水率不佳的粗粒土渗透破坏坡降明显提高的结论。     

深部大跨度泥质顶板剪切冒落失稳区预测研

为了预测深部大跨度泥质顶板剪切冒落失稳区范围,基于泥岩峰后黏聚力软化-内摩擦角硬化的力学特性,获得了基于Mohr-Coulomb理论的泥岩峰后黏聚力软化-内摩擦角硬化的力学模型及参数,构建了深部大跨度泥质巷道数值模型,提出了泥岩峰后各强度参数变化对巷道顶板剪切破坏区的影响范围。结果表明:泥岩在峰后剪切破坏过程中具有明显的黏聚力软化-内摩擦角硬化特性;基于泥岩峰后黏聚力软化-内摩擦角硬化计算获得的巷道顶板剪切冒落高度小于黏聚力软化-内摩擦角软化的计算高度;巷道顶板潜在剪切破坏区位置及范围与泥岩峰后黏聚力软化-内摩擦角硬化计算结果十分接近。     

尾矿砂介质渗流过程诱发声发射信号特征试验研究*

为了对渗流状态进行预测预报,从而预防渗透破坏事故的发生,基于地下水位上升、不同尾矿砂粒径以及渗流速度诱发的弹性波信号,采用声发射技术对尾矿砂介质的渗流状态进行监测。由800,1 100,1 400 mm 3种不同水头高度（流速）下的水流分别渗入0.1~0.25,0.25~0.5,0.5~1 mm以及混合粒径的尾矿砂介质中,模拟尾矿坝渗流,监测渗流过程的AE信号,分析液面上升、不同粒径尾矿砂颗粒以及不同流速下的渗流AE信号特征。结果表明:在试验所选用的几组粒径中,流速相同时,粒径较大的尾矿砂渗流产生的AE事件数量多、幅值大,即粒径越大,尾矿砂渗流过程的AE信号越强;同一粒径下,流速越小,渗流产生的AE信号幅值越小,AE事件数越少,即流速越小,尾矿砂渗流过程的AE信号越弱;液面上升过程中,在液面位置处产生的AE信号最强,且AE信号随液面位置与传感器距离而变化,越接近传感器AE信号越强,这表明AE技术能够较为准确地监测渗流过程中液面上升。研究结果可为尾矿坝渗流监测提供理论与技术支持。     

渗流-应力耦合作用下尾矿库稳定性的三维数值分析

尾矿坝稳定性分析对尾矿库运行具有重要的意义,数值模型的建立是尾矿库稳定性分析的关键因素之一。根据某尾矿库工程实际,利用3Dmine与Midas/GTS软件建立了三维数值模型,基于渗流-应力耦合机理,研究了干滩长度对尾矿库坝体稳定性的影响机理。结果表明:1)渗流作用对尾矿库稳定性影响较大;2)在渗流-应力耦合作用下,随干滩长度减小,尾矿坝孔隙水压力逐渐增大,而整体位移量逐渐减小,最大位移区域从尾黏土层逐渐扩大到尾粉土层,尾矿库安全系数逐渐减小;3)得出了适用于该尾矿库的干滩长度与安全系数之间的函数关系。数值模拟结果显示,洪水工况下尾矿库安全系数为1.112 5,小于《尾矿库安全技术规程》规定的二等坝安全系数1.15。因此,应加强尾矿库的安全管理,以保障尾矿库后期的安全运行。     

降雨条件下尾矿坝饱和-半饱和渗流模拟分析

降雨条件下,由于渗透压力的存在,降低了尾矿坝坝坡的整体稳定性,可能产生坝体自身的变形和破坏,甚至导致尾矿库溃坝发生.针对某尾矿库,分析了降雨条件下对尾矿坝渗流及稳定的影响,运用饱和-非饱和渗流理论及降雨入渗理论,分析了尾矿坝渗流场的变化过程,根据计算出来的瞬态渗流场,利用非饱和尾砂抗剪强度理论,对尾矿坝的瞬态稳定性进行了分析.研究成果对于提高尾矿坝降雨条件下安全运行,降低尾矿库溃坝事故发生率具有重要意义.     

冲击地压巷道塑性区本构模型及影响因素研究

为研究冲击地压对深部巷道造成的动力灾害问题,以阜新恒大煤矿为背景,分析冲击地压巷道塑性区本构模型及影响因素。考虑损伤的临界冲击应力和临界冲击半径,基于弹塑性理论建立冲击地压巷道塑性区本构模型,通过三轴试验获取模型参数,结合现场实测数据验证模型,分析弹性模量、峰后降模量、黏聚力、内摩擦角及支护应力等5个因素对临界冲击应力、半径的影响。结果表明:临界冲击应力小于巷道上方岩层自重,易发生冲击地压,与实际情况相吻合;临界冲击应力随黏聚力、内摩擦角的增大均存在极小值点;临界冲击半径随黏聚力的增大逐渐减小、随内摩擦角的增大逐渐增大;黏聚力越大发生冲击地压的概率越大;弹性模量、峰后降模量及支护应力与临界冲击应力、半径均呈单调变化关系。     

基于FLAC~(3D)尾矿坝几何尺寸对渗流场的影响分析

针对尾矿坝几何尺寸对渗流场的影响,基于FLAC~(3D)显式有限差分法对不同尾矿堆坝坝高、尾矿砂分层线及初期坝坝高等17种不同工况对坝体内浸润线的影响作了系统的分析。结果表明:尾矿堆坝坝高对坝体上游浸润线影响不明显,对坝体下游浸润线的位置影响较大,在尾矿坝运行中后期,随堆坝高度的增加尾矿砂分层线对坝体下游浸润线的位置影响较大,所以合理的放矿工艺可以有效降低浸润线的高度;随着初期坝的升高,浸润线在初期坝上游坡面的逸出点逐渐降低,且浸润线在坝坡处的最小埋置深度逐渐增大,其计算结果可为初期坝的设计提供参考依据。     

尾矿砂绿色混凝土梁受剪性能试验研究

利用不同尾矿砂取代率的混凝土梁斜截面受剪性能进行试验研究,结果表明:尾矿砂绿色混凝土梁与普通混凝土梁的受力破坏形态相似,在相同荷载下,尾矿砂绿色混凝土梁的箍筋应变大于普通混凝土梁,跨中挠度随着剪跨比的增大而增大;从开裂荷载来看,40%替代率的尾矿砂绿色混凝土梁抗裂性能最好,极限承载能力最高。并根据试验结果建立了较为合理的尾矿砂绿色混凝土梁斜截面受剪承载力计算公式。     

三向格栅与细粒尾矿界面特性拉拔试验研究

为提高细粒尾矿坝的安全稳定性,提出三向格栅加筋增强细粒尾矿力学性质的方法,以细粒尾矿为填料,开展不同工况下的双向、三向格栅拉拔试验,分析2种格栅的加筋效果差异,着重研究相对密实度、含水率及法向应力对三向格栅-细粒尾矿界面特性的影响。研究结果表明:三向格栅加筋效果优于双向格栅,界面强度参数上表现为似摩擦角的差异,且法向应力越高越有利于提高三向格栅加筋效果;相对密实度的增大对界面摩擦强度提高明显,界面似黏聚力和综合摩擦因数比随相对密实度单调递增,而似摩擦角增幅很小;天然含水率下界面摩擦强度大于饱和含水率界面,前者界面似黏聚力是后者的1.28倍,而似摩擦角近似相等。     

考虑干密度影响的尾矿材料土水特征曲线模型及其应用

尾矿坝在运行过程中,堆积尾矿处于干湿交替环境,进行稳定性分析需要确定其抗剪强度和渗透系数。直接测量上述参数存在价格昂贵、耗时等缺点,而土水特征曲线是研究土的非饱和特性的重要工具。针对典型的尾矿材料,分别进行不同干密度尾矿样的脱水试验,测量不同吸力下尾矿样的含水量。在此基础上,整理得到不同干密度下尾矿样的土水特征曲线,采用Gardner模型对其进行拟合,得到考虑干密度影响的尾矿材料土水特征曲线模型。最后,将其应用于尾矿边坡的稳定性分析中,探求基质吸力对边坡稳定性的影响。研究成果可为尾矿材料的力学特性以及非饱和尾矿坝稳定性分析提供理论基础。