目錄
第1章 緒論 1
1.1 土顆粒幾何性質(zhì)表征方法 1
1.1.1 顆粒粒徑分布定義 1
1.1.2 顆粒幾何形狀描述方法 2
1.1.3 尾礦顆粒形態(tài)分類 3
1.2 三維重構(gòu)技術(shù)發(fā)展 3
1.2.1 土體顯微結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展 3
1.2.2 細(xì)觀觀測試驗(yàn)方法 5
1.2.3 CT掃描技術(shù) 6
1.3 高尾礦壩研究進(jìn)展 6
1.3.1 高尾礦壩概念界定 6
1.3.2 高應(yīng)力下尾礦力學(xué)特性研究進(jìn)展 7
1.3.3 顆粒破碎研究進(jìn)展 8
1.4 高應(yīng)力下尾礦數(shù)值試驗(yàn)研究進(jìn)展 9
1.4.1 柔性伺服原理 9
1.4.2 離散元法在巖土工程中研究進(jìn)展 10
第2章 尾礦三維重構(gòu)與細(xì)觀結(jié)構(gòu)表征 12
2.1 尾礦顆粒的粒徑特征 12
2.1.1 顆粒顯微觀測 12
2.1.2 砂粒、粉粒和黏粒的顆粒特征 13
2.1.3 粒徑分布函數(shù)模型 16
2.1.4 基于Weibull粒徑分布模型 18
2.2 CT技術(shù)概述 20
2.2.1 CT技術(shù)發(fā)展 20
2.2.2 CT掃描原理 20
2.2.3 CT設(shè)備簡介 21
2.3 CT圖像處理 23
2.3.1 尾礦CT圖像增強(qiáng)處理 23
2.3.2 尾礦CT圖像分割處理 28
2.3.3 尾礦二值化圖像生成 32
2.4 CT圖像三維重構(gòu) 33
2.4.1 MIMICS軟件介紹 33
2.4.2 尾礦三維重構(gòu)實(shí)現(xiàn)方法 33
2.4.3 尾礦內(nèi)部切面圖像獲取 34
2.5 尾礦顆粒細(xì)觀結(jié)構(gòu)表征 35
2.5.1 m-B平面下的顆粒級(jí)配描述 35
2.5.2 基于CT技術(shù)的顆粒級(jí)配描述 37
2.5.3 顆粒形狀表征 38
2.6 尾礦孔隙細(xì)觀結(jié)構(gòu)表征 43
2.6.1 孔隙率分布 43
2.6.2 二維孔徑分布 45
2.6.3 孔隙分形特征表征 45
第3章 尾礦力學(xué)行為特征 48
3.1 粒徑對(duì)尾礦沉積特性影響 48
3.1.1 絮凝對(duì)細(xì)粒尾礦沉積特性影響 48
3.1.2 尾礦漿一維沉積試驗(yàn) 50
3.1.3 絮網(wǎng)沉積過程模型 55
3.1.4 尾礦顆粒水平沉積規(guī)律 56
3.1.5 實(shí)測沉積分析 62
3.2 粒徑對(duì)尾礦力學(xué)行為影響 64
3.2.1 尾礦壩的概化剖面 64
3.2.2 不同粒徑尾礦三軸試驗(yàn) 66
3.2.3 不同粒徑尾礦數(shù)值試驗(yàn) 67
3.2.4 影響機(jī)制 69
3.3 不同礦物組分對(duì)尾礦力學(xué)性質(zhì)影響 70
3.3.1 不同礦物尾礦性質(zhì) 70
3.3.2 礦物組分對(duì)應(yīng)力-應(yīng)變特性影響 71
3.3.3 礦物組分對(duì)應(yīng)力路徑影響 73
3.3.4 礦物組分對(duì)剪切強(qiáng)度影響 74
3.4 夾層異質(zhì)性對(duì)尾礦力學(xué)行為影響 76
3.4.1 含夾層尾砂三軸試驗(yàn) 76
3.4.2 應(yīng)力-應(yīng)變特性 79
3.4.3 應(yīng)力路徑特性 80
3.4.4 大傾角夾層試樣應(yīng)變軟化特征 82
3.4.5 強(qiáng)度參數(shù) 83
3.4.6 變形破壞模式及機(jī)制 86
3.5 夾層異質(zhì)性對(duì)尾礦細(xì)觀力學(xué)性質(zhì)影響 87
3.5.1 含夾層尾砂數(shù)值試驗(yàn) 87
3.5.2 室內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)證 88
3.5.3 應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 90
3.5.4 變形模型及破壞模式 93
3.5.5 接觸組構(gòu)分析 95
第4章 高應(yīng)力條件下尾礦滲透與固結(jié)特性 99
4.1 試驗(yàn)儀器 99
4.2 尾礦滲透固結(jié)聯(lián)合試驗(yàn) 100
4.2.1 試驗(yàn)原理 100
4.2.2 試驗(yàn)步驟 101
4.2.3 試驗(yàn)內(nèi)容 103
4.2.4 試驗(yàn)結(jié)果 106
4.3 尾礦滲透特性 110
4.3.1 滲透系數(shù)-垂直壓力關(guān)系 110
4.3.2 滲透模式 111
4.3.3 水頭對(duì)滲透系數(shù)影響 112
4.4 尾礦固結(jié)特性 114
4.4.1 孔隙比-固結(jié)壓力關(guān)系 114
4.4.2 壓縮指數(shù)特性 115
4.4.3 固結(jié)系數(shù)特性 115
4.4.4 次固結(jié)特性 116
4.5 一維CRS固結(jié)試驗(yàn) 117
4.5.1 CRS固結(jié)理論 117
4.5.2 應(yīng)變率選取 119
4.5.3 CRS固結(jié)試驗(yàn)結(jié)果分析 119
第5章 高應(yīng)力條件下尾礦力學(xué)特性 121
5.1 顆粒破碎定性化分析 121
5.1.1 標(biāo)識(shí)顆粒對(duì)比 121
5.1.2 尾礦破碎方式 123
5.2 顆粒破碎定量化分析 125
5.2.1 破碎顆粒粒徑分布特征 125
5.2.2 常用顆粒破碎指標(biāo)優(yōu)缺點(diǎn) 127
5.2.3 常用顆粒破碎指標(biāo)對(duì)比 132
5.2.4 基于BET法比表面積顆粒破碎指標(biāo) 134
5.3 高圍壓下尾礦強(qiáng)度特性 138
5.3.1 應(yīng)力-應(yīng)變曲線 138
5.3.2 密度對(duì)*大應(yīng)力比影響 142
5.3.3 密度對(duì)體積應(yīng)變影響 143
5.4 高圍壓下夾層對(duì)尾礦強(qiáng)度特性影響 145
5.4.1 高圍壓下應(yīng)力-應(yīng)變特性 145
5.4.2 高圍壓下夾層傾角對(duì)峰值強(qiáng)度影響 146
5.4.3 高圍壓下孔壓曲線變化規(guī)律 147
第6章 粒徑對(duì)壩體穩(wěn)定性影響 150
6.1 壩體組成與尾礦壩穩(wěn)定性關(guān)系特性 150
6.1.1 計(jì)算原理 151
6.1.2 計(jì)算模型及土性指標(biāo) 152
6.1.3 壩體組成對(duì)尾礦壩破壞特征影響 152
6.2 壩體沉積結(jié)構(gòu)與尾礦壩穩(wěn)定性關(guān)系特性 154
6.2.1 壩殼厚度 154
6.2.2 沉積層傾角 156
6.3 壩體固結(jié)程度對(duì)尾礦壩穩(wěn)定性影響 157
6.3.1 固結(jié)度-強(qiáng)度關(guān)系假設(shè) 157
6.3.2 固結(jié)度與壩體穩(wěn)定性關(guān)系 158
6.4 尾礦壩潰壩對(duì)環(huán)境影響的分析方法 159
6.4.1 潰壩過程泄砂量評(píng)估 159
6.4.2 潰壩影響范圍預(yù)測 160
6.4.3 潰壩對(duì)下游地區(qū)地形與環(huán)境影響 161
6.4.4 潰壩預(yù)防措施 161
第7章 高應(yīng)力對(duì)壩體穩(wěn)定性影響 162
7.1 高應(yīng)力下尾礦強(qiáng)度準(zhǔn)則 162
7.1.1 強(qiáng)度包線 162
7.1.2 本構(gòu)關(guān)系 165
7.2 高應(yīng)力下細(xì)粒夾層尾礦強(qiáng)度準(zhǔn)則 166
7.2.1 應(yīng)力路徑 166
7.2.2 臨界狀態(tài)線 167
7.3 高應(yīng)力下尾礦滲透模型 168
7.3.1 常用滲透模型 168
7.3.2 常用滲透模型擬合分析 170
7.3.3 考慮有效孔隙比修正滲透模型 171
7.3.4 考慮破碎指標(biāo)修正滲透模型 173
7.4 常應(yīng)力與高應(yīng)力下壓縮固結(jié)特性比較 174
7.4.1 尾礦顆粒幾何參數(shù) 174
7.4.2 孔隙比 178
7.4.3 壓縮指數(shù)與次固結(jié)系數(shù) 179
7.5 高尾礦壩穩(wěn)定性分析 180
7.5.1 案例背景 180
7.5.2 穩(wěn)定性分析 180
第8章 新型筑壩工藝對(duì)壩體穩(wěn)定性影響 182
8.1 絮凝劑對(duì)尾礦細(xì)觀結(jié)構(gòu)影響 182
8.1.1 電子顯微鏡觀測試驗(yàn) 182
8.1.2 SEM試驗(yàn) 185
8.2 添加絮凝劑特性試驗(yàn) 186
8.2.1 一維沉降試驗(yàn) 186
8.2.2 脫水試驗(yàn) 189
8.2.3 Zeta電位試驗(yàn) 190
8.3 絮凝劑對(duì)尾礦力學(xué)特性影響 191
8.3.1 直剪試驗(yàn) 191
8.3.2 顆粒分析試驗(yàn) 192
8.4 絮凝劑對(duì)壩體穩(wěn)定性影響 194
8.4.1 模型構(gòu)建與參數(shù)選取 194
8.4.2 穩(wěn)定性分析 195
第9章 高應(yīng)力條件下尾礦力學(xué)特性數(shù)值模擬 198
9.1 隨機(jī)多變形構(gòu)建 198
9.2 數(shù)值模型構(gòu)建與參數(shù)選取 199
9.2.1 數(shù)值模型構(gòu)建 199
9.2.2 細(xì)觀參數(shù)選取 200
9.3 力學(xué)特性模擬 201
9.3.1 非線性強(qiáng)度特征 201
9.3.2 破壞變形特征 202
9.3.3 接觸力鏈演變規(guī)律 203
9.3.4 顆粒破碎分析 206
第10章 展望 212
10.1 高應(yīng)力條件下尾礦力學(xué)行為 212
10.2 復(fù)雜條件下高尾礦壩穩(wěn)定性 213
10.2.1 高寒地區(qū)超高尾礦壩穩(wěn)定性 213
10.2.2 細(xì)粒高壩穩(wěn)定性 214
10.2.3 強(qiáng)震條件下高尾礦壩穩(wěn)定性 214
10.3 超高尾礦壩安全預(yù)警 214
參考文獻(xiàn) 216