广吸力范围内国道G310路基黄土水力力学特性试验研究*

为探讨广吸力范围内国道G310路基黄土水力力学特性,采用WP4C仪、压力板法、滤纸法和蒸汽平衡法对其开展持水特性试验,用全自动直剪仪对具有不同初始干密度和不同吸力的试样进行强度特性试验,并结合压汞试验进行微观分析。根据上述试验数据提出快速预测抗剪强度公式。试验结果表明:随着初始干密度的增加,积聚体间孔隙体积发生收缩,积聚体内孔隙占主要作用。广吸力范围内试样的土水特征曲线随着初始干密度增大而向右上方偏移,而孔隙比随吸力的增加基本不变。抗剪强度随着初始干密度增大而增大,且随着吸力增加而增加。应力-应变曲线低吸力范围呈应变硬化现象,高吸力范围呈应变软化现象。利用Khalili & Khabbaz模型预测的抗剪强度值与实测值非常接近,因此该模型可用于预测广吸力范围内非饱和黄土的抗剪强度。     

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。     

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.     

考虑滚动阻抗的线性接触模型离散元宏细观参数敏感性研究*

为克服无黏性土的离散元研究中未考虑颗粒间抗转动作用的缺陷,基于抗转动线性接触模型开展一系列排水固结三轴压缩模拟试验,结合随机森林算法详细探讨抗转动线性接触模型中各细观参数（有效模量、刚度比、摩擦系数、抗转动系数）与试样的宏观参数（初始弹性模量、泊松比、峰值强度）间的关系。结果表明:颗粒有效模量的提高会使试样的初始弹性模量提高而泊松比提高,权重值分别为0.695 14和0.201 57;刚度比的增加会使试样的初始弹性模量降低而泊松比提高,权重值分别为0.751和0.193 64;抗转动系数与摩擦系数提高会显著提高试样的抗剪强度,权重值分别为0.564 72和0.427 5;抗转动系数对试样的剪胀性具有显著影响。     

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。     

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。     

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。     

筋带密度对尾矿坝漫顶破坏规律影响研究

基于相似理论和溃决侵蚀原理,进行不同加筋密度条件下尾矿坝洪水漫顶破坏模 型试验,探析了筋带密度对尾矿坝漫顶破坏影响规律。试验结果发现:①随着筋带密度 的增加显著提升了尾矿坝的力学强度,但也导致了坝体内的浸润线升高;②筋带密度的 增加使溃口由“Y”型逐渐向“H”型转变;③筋带密度的增加阻滞了漫坝破坏的发展, 坝体位移及内部应力变化量明显减小;④增加筋带密度提高了坝体的抗冲刷能力,减弱 了洪水对蚀沟两岸尾砂的拉拽作用,保证了蚀沟两翼坝体的稳定;⑤随着筋带密度增加 ,可有效减小坝体位移和溃口深度、宽度的发展,当筋带超过2层后,筋带层数的增加 对坝体溃口宽、深基本无影响。研究成果深入探析了筋带密度对漫顶破坏影响规律,在 尾矿坝加筋研究方面提供了科学依据。     

尾矿坝边坡土石混合体强度遇水软化的规律研究

为了揭示露天矿土石边坡的稳定性影响因素,开展土石混合体强度遇水软化的试验研究。首先介绍了制作该试样的方法和试样微观结构特点,然后分别对天然和饱和状态的试样开展三轴压缩试验,得到了3种围压的应力-应变曲线,最后分析了试样强度软化的规律和机制。结果表明:由SEM图像显示土石混合体的微观裂隙发育;三轴应力应变曲线经历了线弹性变形、塑性变形和破坏软化3个阶段;饱和试样的峰值强度大幅低于天然状态下的试样,且软化系数随围压增加而减小;土石混合体的强度软化主要是因为试样经过水的入渗后孔隙结构出现不均匀应力,这也是其强度软化的本质原因。     

含水率和干密度对某铀尾砂基质吸力的影响研究

为探究不同水土特性状态下铀尾砂基质吸力变化规律及特性,采用滤纸法在不同含水率和干密度条件下测定了3种铀尾砂的基质吸力,利用Van Genuchten (VG)模型对其水土特性曲线(SWCC)进行拟合,并构建了吸力应力特性曲线(SSCC)。研究结果表明:在高含水量阶段铀尾砂基质吸力随含水率减小而缓慢增加,当含水量小于临界值时基质吸力急剧增大。尾砂颗粒越均匀,孔隙体积越大,其残余含水率越低;在同等含水率下,随着干密度的增大,铀尾砂基质吸力有所提高,但吸力增量会因含水率增加而逐渐减小。1#和2#尾砂吸力应力随有效饱和度增长呈现出先减小后增大的规律,3#尾砂则呈现出先迅速降低后增大且增幅不断变缓的趋势,表明当1#和2#尾砂作为主要筑坝材料时,基质吸力对铀尾矿坝抗剪强度及安全性系数的影响十分有限。     

高应力条件下尾矿破碎特性及坝体稳定性研究*

高应力条件下尾矿破碎特性与坝体稳定性研究是高尾矿坝避免溃坝事故的重要参考。分析尾矿颗粒破碎过程中级配曲线的演化规律,提出采用BET测试颗粒比表面积以定量化表征颗粒破碎指标;在室内高应力三轴试验的基础上,阐述高应力条件下尾矿的力学行为,提出高应力条件下尾矿强度准则,并基于该准则对工程实例进行应用分析。结果表明:相比于常用破碎指标,从能量观点出发的BET法比表面积表征尾矿颗粒破碎更为合理;采用线性Mohr-Coulomb准则计算尾矿在低应力阶段的内摩擦角,采用幂函数Mohr强度准则计算尾矿在高应力阶段的内摩擦角;提出1套考虑高应力条件下尾矿强度折减的坝体稳定性分析方法,以供实际工程参考。     

多因素影响下尾矿库坝体沉积特性的试验研究

为了研究尾矿颗粒的沉积特性,基于四川某尾矿库进行颗粒取样,并利用室内筛分试验和恒定水流理论对尾矿颗粒的沉积特性进行分析。研究结果表明:干滩面上的沉积规律宏观上表现为前粗后细的规律,并可概化为"粗化—缓慢细化—细化"的变化过程,局部位置出现粒径的突变;干滩面上不同位置均出现了临界粒径,而该粒径的出现标志着某一粒径尾矿含量的显著增多;堆积坝体的颗粒粒径整体呈上粗下细的规律,不同深度位置有夹层、互层、交错层等现象出现;尾矿颗粒的分离流速随着尾矿粒径的增大而变小,而重力与水流拖拽力呈三次线性关系;当选矿工艺一定时,尾矿颗粒在干滩面上的沉积与颗粒流速成正比,和干滩坡度、尾矿粒径成反比。     

多因素影响下尾矿库坝体沉积特性的试验研究北大核心CSCD

为了研究尾矿颗粒的沉积特性,基于四川某尾矿库进行颗粒取样,并利用室内筛分试验和恒定水流理论对尾矿颗粒的沉积特性进行分析。研究结果表明:干滩面上的沉积规律宏观上表现为前粗后细的规律,并可概化为"粗化—缓慢细化—细化"的变化过程,局部位置出现粒径的突变;干滩面上不同位置均出现了临界粒径,而该粒径的出现标志着某一粒径尾矿含量的显著增多;堆积坝体的颗粒粒径整体呈上粗下细的规律,不同深度位置有夹层、互层、交错层等现象出现;尾矿颗粒的分离流速随着尾矿粒径的增大而变小,而重力与水流拖拽力呈三次线性关系;当选矿工艺一定时,尾矿颗粒在干滩面上的沉积与颗粒流速成正比,和干滩坡度、尾矿粒径成反比。     

坝体动力抗震及尾矿动力特性分析

为研究尾矿坝的动力抗震特性以及为抗震措施提供理论指导,以四川某尾矿库为例,分析了该尾矿坝在EI Centro地震波、汶川地震波和人工地震波作用下的位移、加速度、液化、安全系数的动力响应特性。采用GDS动三轴仪对该尾矿库的3种典型尾矿进行动力实验,研究结果表明:随着动剪应变幅的增大动剪切模量比逐渐减小,阻尼比逐渐增大;3种尾矿的动压缩弹性模量的倒数与动轴向弹性应变之间的关系为直线关系,在双对数坐标系中,平均有效应力与动剪切弹性模量的关系为直线关系;尾粉质黏土抗液化强度较低,应优化尾矿排放工艺使其尽量沉积到库尾。     

大红山微细粒铁尾矿固化技术研究北大核心CSCD

以大红山微细粒铁尾矿固化干堆为背景,研究了矿浆自然沉降特性、过滤特性以及3种沉降剂对其沉降效果的影响,同时对铁尾矿的固化进行了研究。结果表明,在32%矿浆中加入沉降剂,其沉降性和过滤性均优于原矿浆,且泌水较澄清。土工物理力学性能测试及XRD、SEM分析表明,低温陶瓷胶凝材料的活性硅酸盐矿物在碱激发条件下反应生成水化硅酸钙(C-S-H)及水化铝酸钙(C-A-H)胶凝,其水化产物填充于尾矿颗粒间,使颗粒胶结连接成具有一定承载力和水稳性的复合材料,实现了尾矿的安全堆存。     

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。     

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。     

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。     

瓦斯气体劣化-荷载作用下煤岩损伤本构模型

为有效预防煤矿瓦斯动力灾害,研究瓦斯气体对煤岩力学性质的劣化机制及煤岩损伤演化特征,以原煤试样为研究对象,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流试验装置,开展不同瓦斯压力下煤岩三轴压缩试验;建立瓦斯气体劣化-荷载作用下煤岩损伤本构模型,通过试验结果验证该模型的合理性。结果表明:煤岩在塑性变形阶段前累计损伤几乎为0,峰后损伤程度迅速增大;随着瓦斯压力升高,煤岩峰值强度与弹性模量均降低,瓦斯气体作用后煤岩初始损伤量显著增加;煤岩黏聚力随瓦斯压力升高而呈线性降低,通过黏聚力与瓦斯压力的关系修正Mohr-Coulomb准则,可量化考虑瓦斯气体劣化后的煤岩应力应变关系;所建模型与试验结果吻合度较高,可反映不同瓦斯压力作用下煤岩损伤演化过程。     

冻融循环下路基改良土力学特性及破坏应变能密度研究

为了探究冻融循环条件下水泥改良路基土的力学特性变化,设计正交试验方案进行相应冻融循环条件下的三轴压缩试验,得到强度影响因素的敏感性排序,找到最佳试样配合比,并引入破坏应变能密度的概念,从能量角度对宏观力学变化规律进行了探究.结果表明:不同试验条件下,水泥改良土经历1次冻融循环作用后强度降低明显,初始黏聚力最大降低49.4％;水泥改良土强度影响因素中龄期及压实度的敏感性较强;水泥改良土在不同围压下经历1次冻融循环,破坏应变能密度分别降低41.12％、38.84％、34.73％、37.80％;分析发现破坏应变能密度和宏观强度与冻融循环次数呈负相关,与围压呈正相关.