尾矿宏观力学特性及细观力学机理

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 研究现状及评述 2
1.2.1 结构性材料力学性质研究层次 3
1.2.2 尾矿宏观物理力学性质 4
1.2.3 分形理论及其在岩土工程中的应用 6
1.2.4 颗粒物质理论研究现状 9
1.2.5 土体细观力学研究方法 12
1.3 本书主要工作 14
参考文献 16
第2章 尾矿分类和化学物理性质 24
2.1 尾矿分类 24
2.2 尾矿化学与矿物成分 25
2.3 尾矿物理性质 28
2.3.1 平川铁矿尾矿物理性质 28
2.3.2 秧田箐铜尾矿物理性质 32
2.3.3 大宝山槽对坑尾矿物理性质 34
2.3.4 羊拉铜尾矿物理性质 37
2.3.5 东乡铜尾矿物理性质 39
2.4 细粒尾矿物理性质 42
参考文献 44
第3章 尾矿宏观力学性质 45
3.1 尾矿静力学性质受粒径与密度影响研究 45
3.1.1 尾矿静力学性质受粒径影响规律 45
3.1.2 尾矿静力学特性受密度影响规律 48
3.2 尾矿动力学性质 50
3.2.1 试验仪器、试样制备与试验方法 50
3.2.2 动三轴试验基本特性 51
3.2.3 尾矿动强度特征 54
3.2.4 尾矿动孔隙水压力 56
3.2.5 尾矿动力变形特性 58
3.2.6 尾矿动力特性影响因素分析 61
3.3 冻结尾矿力学特性 64
3.3.1 冻结尾矿室内试验 65
3.3.2 冻结尾矿单轴压缩下的破坏形式 67
3.3.3 冻结尾矿单轴压缩变形特性 68
3.3.4 冻结尾矿抗压强度和变形模量变化规律 68
3.4 磷尾矿电阻率与其力学性质关系 70
3.4.1 磷尾矿电阻率 71
3.4.2 磷尾矿电阻率的影响因素 73
3.4.3 磷尾矿初始电阻率与抗剪强度关系 76
3.4.4 磷尾矿应力-应变-电阻率关系 77
参考文献 78
第4章 尾矿弹塑性损伤本构模型研究 80
4.1 塑性力学全量理论 80
4.1.1 等效应力与等效应变 80
4.1.2 全量理论本构模型 81
4.2 连续介质损伤力学理论 82
4.2.1 连续介质损伤力学 82
4.2.2 损伤变量 82
4.2.3 损伤演化方程与本构关系 83
4.2.4 基于Mohr-Coulomb强度准则的损伤演化方程 84
4.3 尾矿弹塑性损伤本构模型 86
4.3.1 尾矿弹塑性力学特性 86
4.3.2 弹塑性描述 86
4.3.3 损伤描述 87
4.4 尾矿弹塑性损伤本构模型验证 88
4.4.1 尾矿固结不排水试验 88
4.4.2 模型参数确定及验证 93
参考文献 94
第5章 尾矿颗粒统计分形特征及与宏观物理力学特性的关系研究 96
5.1 颗粒统计分形理论 96
5.1.1 分形理论概念 96
5.1.2 分形维数测定方法 97
5.1.3 岩土材料分形特征研究一般过程 98
5.1.4 颗粒统计分形维数计算 99
5.2 基于分形理论的尾矿颗粒分布特征 100
5.2.1 颗粒分析试验 100
5.2.2 尾矿颗粒质量分形维数计算结果 101
5.3 尾矿颗粒质量分形维数与颗粒分布特征的关系 102
5.3.1 尾矿颗粒质量分形维数与Ri/Rmax的关系 102
5.3.2 尾矿颗粒质量分形维数与颗粒级配指标的关系 103
5.3.3 尾矿颗粒质量分形维数与颗粒组成的关系 104
5.4 尾矿颗粒质量分形维数与其宏观物理力学性质的关系 106
5.4.1 尾矿宏观物理力学性质试验 106
5.4.2 尾矿颗粒质量分形维数与抗剪强度参数的关系 107
5.4.3 尾矿颗粒质量分形维数与渗透系数的关系 108
参考文献 108
第6章 尾矿细观结构变形非线性特性试验研究 110
6.1 尾矿细微观力学与形变观测试验装置 110
6.1.1 土体细观力学主要试验方法存在的问题 110
6.1.2 装置组成与各部件关键技术 111
6.1.3 装置的主要功能、技术指标及特点 116
6.2 尾矿细观结构分形特征研究方法 117
6.2.1 复杂图形周长-面积分维模型 117
6.2.2 图像特征值的获取 118
6.3 全尾矿细观力学特性 119
6.3.1 试验材料 119
6.3.2 试验方案及步骤 119
6.3.3 不同荷载下尾矿细观结构 120
6.3.4 不同埋深的沉降及局部应力 120
6.3.5 尾矿受载过程细观结构形变特征 122
6.3.6 受载尾矿细观结构力学作用机理 124
6.4 尾矿细观孔隙结构变形演化分形特性 125
6.4.1 试验材料、设备、方案与步骤 125
6.4.2 尾矿内部应力方向性特征 126
6.4.3 尾矿孔隙变化非均匀性特征 127
6.4.4 尾矿孔隙的分形特征 128
6.4.5 不同荷载下尾矿细观孔隙结构分形特征 129
6.4.6 尾矿细观结构变形演化分形特征 131
6.4.7 基于颗粒物质理论的受载尾矿细观力学特性分析 133
参考文献 135
第7章 尾矿分层结构体宏细观力学特性试验研究 137
7.1 粗、细粒尾矿分层结构体宏观力学特性 138
7.1.1 试验材料与试件制作 138
7.1.2 试验方法与设备 140
7.1.3 单一粗、细粒尾矿抗剪强度参数对比 141
7.1.4 粗、细粒尾矿两层结构体抗剪强度特性 141
7.1.5 粗、细粒尾矿三层结构体抗剪强度特性 142
7.1.6 粗、细粒尾矿两层结构体直接剪切试验结果及分析 144
7.1.7 尾矿分层结构体应变曲线与孔隙水压力分析 144
7.2 细粒尾矿透镜体宏观力学特性 146
7.2.1 试验材料 146
7.2.2 试验方案 147
7.2.3 试验结果与分析 148
7.3 细粒尾矿透镜体细观力学特性 152
7.3.1 试验装置 152
7.3.2 试验方案与步骤 152
7.3.3 不同埋深处颗粒位移 154
7.3.4 不同埋深处局部应力 155
7.3.5 细观结构变形特征 156
7.3.6 宏细观等效力学机理分析 157
参考文献 161
第8章 尾矿粒径对其宏细观力学特性的影响试验研究 163
8.1 尾矿粒径对其宏观力学特性的影响 163
8.1.1 试验材料 163
8.1.2 试件制备 165
8.1.3 试验结果与分析 166
8.2 不同粒径尾矿颗粒（团聚体）细观结构受载分形演化特征 167
8.2.1 试验装置 167
8.2.2 试验材料与试件制作 168
8.2.3 试验方案与步骤 168
8.2.4 尾矿结构强度 169
8.2.5 尾矿颗粒（团聚体）细观结构分形特征 170
8.2.6 受荷载作用尾矿骨架颗粒细观结构变性特征 171
8.2.7 加载试验对尾矿颗粒分布的影响 175
8.2.8 尾矿粒径与几何特征对其细观力学特性的影响机理 176
参考文献 177
第9章 非饱和尾矿宏细观力学特性试验研究 179
9.1 含水率对非饱和尾矿宏观力学特性的影响 180
9.1.1 非饱和尾矿强度理论 180
9.1.2 非饱和尾矿三轴剪切试验设备 181
9.1.3 非饱和尾矿三轴剪切试验方法 182
9.1.4 试验材料与试件制备 183
9.1.5 试验结果与分析 183
9.2 不同含水率尾矿细观力学特性 185
9.2.1 试验材料、设备与方案 185
9.2.2 连续荷载作用下尾矿颗粒位移特征 186
9.2.3 尾矿颗粒在荷载作用下细观变形特征 188
9.3 非饱和尾矿孔隙水运移的细观力学特性 188
9.3.1 试验材料、设备与方案 188
9.3.2 尾矿充水过程孔隙水运移特征 191
9.3.3 受载尾矿颗粒运移规律 193
9.3.4 受载尾矿孔隙水运移特性及对尾矿细观结构的影响 194
9.3.5 排水过程尾矿颗粒运动规律与细观结构变形特性 196
9.4 非饱和尾矿孔隙水运移特征及对颗粒骨架结构作用机理分析 198
参考文献 200
第10章 饱和尾矿孔隙水渗流宏细观力学试验与数值模拟研究 202
10.1 洪水工况下尾矿库浸润线变化规律 202
10.1.1 秧田箐尾矿库工程概况 203
10.1.2 尾矿库浸润线变化规律模型试验与结果分析 203
10.2 尾矿库地下水渗流特性数值模拟 205
10.2.1 龙都尾矿库地下水渗流特性数值模拟 205
10.2.2 里农大沟中线法尾矿坝地下渗流场数值模拟 209
10.3 饱和尾矿孔隙水运移的细观力学特性 213
10.3.1 试验材料、设备与方案 213
10.3.2 受载饱和尾矿细观结构变形演变规律 214
10.3.3 渗透水对尾矿细观结构的影响 215
10.3.4 沉降量、渗水量的时间变化规律 215
10.3.5 渗透水对尾矿颗粒分布的影响 217
10.3.6 尾矿库地下水渗流细观力学机理 218
参考文献 219
第11章 尾矿坝颗粒接触力与结构变形细观数值模拟研究 221
11.1 黄草坪尾矿库工程概况 222
11.1.1 尾矿库选址 222
11.1.2 黄草坪尾矿库简介 222
11.2 黄草坪尾矿库堆坝模型试验 224
11.2.1 堆坝模型试验目的 224
11.2.2 堆坝模型试验方案 224
11.2.3 库区山地模型制作 224
11.2.4 堆坝物理模型试验 225
11.2.5 干滩面坡度变化规律 226
11.2.6 库区尾矿颗粒分布规律 226
11.2.7 堆坝尾矿抗剪强度测试结果 227
11.3 颗粒物质力学基本理论 228
11.3.1 颗粒物质简介 228
11.3.2 颗粒物质力学 228
11.3.3 球形颗粒接触力学 229
11.4 自重荷载下尾矿坝颗粒接触力与结构变形颗粒流数值模拟 232
11.4.1 PFC 2D数值模拟软件 232
11.4.2 尾矿细观力学参数确定 234
11.4.3 尾矿坝PFC 2D模型建立 239
11.4.4 尾矿坝颗粒接触力分布规律 240
11.4.5 尾矿坝颗粒位移特征 242
11.4.6 尾矿坝结构变形特征 242
参考文献 244
彩图