本书以尾矿物理特征为基础，以三维重构技术为重要手段，结合室内土工试验和数值模拟试验，从沉积规律、粒径、矿物组分和夹层等角度全面分析尾矿的力学特性。基于新研制的高应力渗透固结试验仪，分析高应力条件下尾矿渗透和固结特性。基于改进的高应力三轴仪进行尾矿的高压三轴试验，深入分析高应力条件下颗粒破碎对尾矿的强度影响。系统阐述高应力条件、新型筑坝工艺对高尾矿坝稳定性的影响。通过数值模拟，模拟高应力条件下尾矿的非线性强度特征、破坏变形特征、接触链演变规律及颗粒破碎规律。
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第1章 绪论 1
1.1 土颗粒几何性质表征方法 1
1.1.1 颗粒粒径分布定义 1
1.1.2 颗粒几何形状描述方法 2
1.1.3 尾矿颗粒形态分类 3
1.2 三维重构技术发展 3
1.2.1 土体显微结构研究进展 3
1.2.2 细观观测试验方法 5
1.2.3 CT扫描技术 6
1.3 高尾矿坝研究进展 6
1.3.1 高尾矿坝概念界定 6
1.3.2 高应力下尾矿力学特性研究进展 7
1.3.3 颗粒破碎研究进展 8
1.4 高应力下尾矿数值试验研究进展 9
1.4.1 柔性伺服原理 9
1.4.2 离散元法在岩土工程中研究进展 10
第2章 尾矿三维重构与细观结构表征 12
2.1 尾矿颗粒的粒径特征 12
2.1.1 颗粒显微观测 12
2.1.2 砂粒、粉粒和黏粒的颗粒特征 13
2.1.3 粒径分布函数模型 16
2.1.4 基于Weibull粒径分布模型 18
2.2 CT技术概述 20
2.2.1 CT技术发展 20
2.2.2 CT扫描原理 20
2.2.3 CT设备简介 21
2.3 CT图像处理 23
2.3.1 尾矿CT图像增强处理 23
2.3.2 尾矿CT图像分割处理 28
2.3.3 尾矿二值化图像生成 32
2.4 CT图像三维重构 33
2.4.1 MIMICS软件介绍 33
2.4.2 尾矿三维重构实现方法 33
2.4.3 尾矿内部切面图像获取 34
2.5 尾矿颗粒细观结构表征 35
2.5.1 m-B平面下的颗粒级配描述 35
2.5.2 基于CT技术的颗粒级配描述 37
2.5.3 颗粒形状表征 38
2.6 尾矿孔隙细观结构表征 43
2.6.1 孔隙率分布 43
2.6.2 二维孔径分布 45
2.6.3 孔隙分形特征表征 45
第3章 尾矿力学行为特征 48
3.1 粒径对尾矿沉积特性影响 48
3.1.1 絮凝对细粒尾矿沉积特性影响 48
3.1.2 尾矿浆一维沉积试验 50
3.1.3 絮网沉积过程模型 55
3.1.4 尾矿颗粒水平沉积规律 56
3.1.5 实测沉积分析 62
3.2 粒径对尾矿力学行为影响 64
3.2.1 尾矿坝的概化剖面 64
3.2.2 不同粒径尾矿三轴试验 66
3.2.3 不同粒径尾矿数值试验 67
3.2.4 影响机制 69
3.3 不同矿物组分对尾矿力学性质影响 70
3.3.1 不同矿物尾矿性质 70
3.3.2 矿物组分对应力-应变特性影响 71
3.3.3 矿物组分对应力路径影响 73
3.3.4 矿物组分对剪切强度影响 74
3.4 夹层异质性对尾矿力学行为影响 76
3.4.1 含夹层尾砂三轴试验 76
3.4.2 应力-应变特性 79
3.4.3 应力路径特性 80
3.4.4 大倾角夹层试样应变软化特征 82
3.4.5 强度参数 83
3.4.6 变形破坏模式及机制 86
3.5 夹层异质性对尾矿细观力学性质影响 87
3.5.1 含夹层尾砂数值试验 87
3.5.2 室内试验验证 88
3.5.3 应力-应变关系 90
3.5.4 变形模型及破坏模式 93
3.5.5 接触组构分析 95
第4章 高应力条件下尾矿渗透与固结特性 99
4.1 试验仪器 99
4.2 尾矿渗透固结联合试验 100
4.2.1 试验原理 100
4.2.2 试验步骤 101
4.2.3 试验内容 103
4.2.4 试验结果 106
4.3 尾矿渗透特性 110
4.3.1 渗透系数-垂直压力关系 110
4.3.2 渗透模式 111
4.3.3 水头对渗透系数影响 112
4.4 尾矿固结特性 114
4.4.1 孔隙比-固结压力关系 114
4.4.2 压缩指数特性 115
4.4.3 固结系数特性 115
4.4.4 次固结特性 116
4.5 一维CRS固结试验 117
4.5.1 CRS固结理论 117
4.5.2 应变率选取 119
4.5.3 CRS固结试验结果分析 119
第5章 高应力条件下尾矿力学特性 121
5.1 颗粒破碎定性化分析 121
5.1.1 标识颗粒对比 121
5.1.2 尾矿破碎方式 123
5.2 颗粒破碎定量化分析 125
5.2.1 破碎颗粒粒径分布特征 125
5.2.2 常用颗粒破碎指标优缺点 127
5.2.3 常用颗粒破碎指标对比 132
5.2.4 基于BET法比表面积颗粒破碎指标 134
5.3 高围压下尾矿强度特性 138
5.3.1 应力-应变曲线 138
5.3.2 密度对最大应力比影响 142
5.3.3 密度对体积应变影响 143
5.4 高围压下夹层对尾矿强度特性影响 145
5.4.1 高围压下应力-应变特性 145
5.4.2 高围压下夹层倾角对峰值强度影响 146
5.4.3 高围压下孔压曲线变化规律 147
第6章 粒径对坝体稳定性影响 150
6.1 坝体组成与尾矿坝稳定性关系特性 150
6.1.1 计算原理 151
6.1.2 计算模型及土性指标 152
6.1.3 坝体组成对尾矿坝破坏特征影响 152
6.2 坝体沉积结构与尾矿坝稳定性关系特性 154
6.2.1 坝壳厚度 154
6.2.2 沉积层倾角 156
6.3 坝体固结程度对尾矿坝稳定性影响 157
6.3.1 固结度-强度关系假设 157
6.3.2 固结度与坝体稳定性关系 158
6.4 尾矿坝溃坝对环境影响的分析方法 159
6.4.1 溃坝过程泄砂量评估 159
6.4.2 溃坝影响范围预测 160
6.4.3 溃坝对下游地区地形与环境影响 161
6.4.4 溃坝预防措施 161
第7章 高应力对坝体稳定性影响 162
7.1 高应力下尾矿强度准则 162
7.1.1 强度包线 162
7.1.2 本构关系 165
7.2 高应力下细粒夹层尾矿强度准则 166
7.2.1 应力路径 166
7.2.2 临界状态线 167
7.3 高应力下尾矿渗透模型 168
7.3.1 常用渗透模型 168
7.3.2 常用渗透模型拟合分析 170
7.3.3 考虑有效孔隙比修正渗透模型 171
7.3.4 考虑破碎指标修正渗透模型 173
7.4 常应力与高应力下压缩固结特性比较 174
7.4.1 尾矿颗粒几何参数 174
7.4.2 孔隙比 178
7.4.3 压缩指数与次固结系数 179
7.5 高尾矿坝稳定性分析 180
7.5.1 案例背景 180
7.5.2 稳定性分析 180
第8章 新型筑坝工艺对坝体稳定性影响 182
8.1 絮凝剂对尾矿细观结构影响 182
8.1.1 电子显微镜观测试验 182
8.1.2 SEM试验 185
8.2 添加絮凝剂特性试验 186
8.2.1 一维沉降试验 186
8.2.2 脱水试验 189
8.2.3 Zeta电位试验 190
8.3 絮凝剂对尾矿力学特性影响 191
8.3.1 直剪试验 191
8.3.2 颗粒分析试验 192
8.4 絮凝剂对坝体稳定性影响 194
8.4.1 模型构建与参数选取 194
8.4.2 稳定性分析 195
第9章 高应力条件下尾矿力学特性数值模拟 198
9.1 随机多变形构建 198
9.2 数值模型构建与参数选取 199
9.2.1 数值模型构建 199
9.2.2 细观参数选取 200
9.3 力学特性模拟 201
9.3.1 非线性强度特征 201
9.3.2 破坏变形特征 202
9.3.3 接触力链演变规律 203
9.3.4 颗粒破碎分析 206
第10章 展望 212
10.1 高应力条件下尾矿力学行为 212
10.2 复杂条件下高尾矿坝稳定性 213
10.2.1 高寒地区超高尾矿坝稳定性 213
10.2.2 细粒高坝稳定性 214
10.2.3 强震条件下高尾矿坝稳定性 214
10.3 超高尾矿坝安全预警 214
参考文献 216
京公网安备 11010102004214号