细粒尾矿坝渗透破坏多尺度灾变机理研究
发布时间：2022-08-09 20:22
细粒尾矿堆坝已逐渐成为尾矿坝工程领域未来的发展趋势,其下游受溃坝威胁的群体事件造成国家和行业的安全形势日趋严峻,尾矿坝的防灾减灾问题亟待解决。本文以福建马坑矿业陈坑尾矿坝渗透破坏灾变机理研究为主线,从试样尺度、细观尺度以及工程尺度等多尺度研究分析了陈坑尾矿坝的渗透破坏特征,采取工程勘探、理论分析、室内试验、数值仿真相结合的研究方法,综合考虑分析了陈坑尾矿坝的安全稳定性。采用工程勘探方法得到陈坑尾矿坝尾矿的沉积规律,以及各沉积层的尾矿砂力学特性的变化,同时针对沉积的不均匀性和高坝应力,模拟不同细粒含量在高应力作用下的力学特性。通过室内小型渗透破坏试验和中型渗透破坏试验总结了不同细粒含量的尾矿砂试样发生渗透破坏时的现象和规律。利用CT扫描技术实现细粒尾矿的细观结构三维重构,建立数字图像信息,分析了不同细粒含量尾矿砂渗透破坏过程的细观结构表征,对比尾矿砂宏观力学特性,得到细粒尾矿砂不同渗透破坏类型的细观机理;采用分形理论分析细粒尾矿砂发生渗透破坏时不同分形维数下的破坏特征,提出了根据质量分维数的细粒尾矿砂渗透破坏类型判别准则。根据细粒尾矿砂渗透破坏进程中细观结构的表征变化,结合弹塑性理论和塑...
【文章页数】：238 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 引言
1.1 文献综述
1.1.1 尾矿坝渗透破坏规律研究现状
1.1.2 尾矿坝渗透破坏类型及防控对策研究现状
1.1.3 分形理论在渗透破坏中的研究现状
1.1.4 土的弹塑性损伤本构模型研究现状
1.1.5 尾矿坝安全稳定性研究与致灾机理研究现状
1.2 现行研究的不足及关键科学问题
1.2.1 现行研究不足
1.2.2 关键科学问题
1.3 本文主要研究内容与技术路线
2 陈坑尾矿库工程勘探及尾矿库沉积规律
2.1 工程概况
2.2 工程勘探
2.2.1 实地勘探信息
2.2.2 岩土层分布及特征
2.2.3 尾矿库沉积规律
2.2.4 沉积层尾矿砂物理力学性质
2.2.5 尾矿库地下水埋藏条件及渗透特性
2.3 本章小结
3 细粒尾矿砂细粒含量影响下物理力学特性宏观试验研究
3.1 室内土工试验
3.1.1 全尾矿砂的击实试验
3.1.2 颗粒级配分析
3.1.3 尾矿砂比重试验
3.1.4 尾矿砂饱和含水率试验
3.1.5 尾矿砂固结试验
3.1.6 尾矿砂三轴剪切试验
3.1.7 变水头渗透试验
3.1.8 三轴渗透试验
3.2 细粒尾矿砂渗透破坏试验研究
3.2.1 小型渗透破坏试验
3.2.2 中型渗透破坏试验
3.3 本章小结
4 细粒尾矿砂渗透破坏微米CT扫描试验研究
4.1 渗透破坏过程宏细观结构表征研究
4.1.1 CT扫描试验装置及方案
4.1.2 试验结果及分析
4.2 细粒尾矿砂细观结构渗透破坏分形特征研究
4.2.1 CT扫描试验
4.2.2 孔隙分维特征分析
4.2.3 孔径分维特征分析
4.2.4 质量分维特征分析
4.3 本章小结
5 细粒尾矿砂渗透破坏细观损伤本构关系及数值试验研究
5.1 细粒尾矿砂渗透破坏过程细观结构损伤特征分析
5.2 细观结构损伤本构关系的建立过程
5.2.1 弹塑性损伤矩阵
5.2.2 塑性屈服函数
5.2.3 损伤演化规律
5.2.4 求解过程
5.3 ABAQUS子程序的数值试验研究
5.3.1 ABAQUS软件简介
5.3.2 本构模型的数值试验
5.4 本章小结
6 细粒尾矿砂渗透破坏细观机理下的防治措施研究
6.1 细粒尾矿砂复合高分子絮凝剂沉降试验研究
6.1.1 细粒尾矿砂物理性质
6.1.2 单因素絮凝剂沉降试验
6.1.3 絮凝剂正交试验
6.1.4 复合絮凝后细粒尾矿力学性质的变化
6.2 细粒尾矿砂复合固化剂固化试验研究
6.2.1 细粒尾矿砂的土力学参数
6.2.2 细粒尾矿砂固化试验分析
6.3 本章小结
7 工程尺度下尾砂坝渗流稳定性数值模拟研究
7.1 陈坑尾矿坝模型概况
7.2 全尺寸尾矿库三维模型的建立
7.3 尾矿坝流固耦合渗流模拟
7.3.1 尾矿坝渗流分析
7.3.2 添加最佳絮凝剂配比尾矿坝渗流分析
7.3.3 添加最佳固化剂配比尾矿坝渗流分析
7.3.4 各状态下尾矿坝渗流场分析
7.4 尾矿坝安全稳定性分析
7.4.1 尾矿坝安全稳定性分析
7.4.2 添加最佳絮凝剂配比尾矿坝安全稳定分析
7.4.3 添加最佳固化剂配比尾矿坝安全稳定性分析
7.5 尾矿坝渗透破坏防治措施效果对比分析
7.6 本章小结
8 结论
8.1 结论
8.2 创新点
8.3 展望
参考文献
附录A ABAQUS软件UMAT子程序
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]水位涨落过程中海堤(土石坝)渗流分形分析[J]. 苏永军,沙玉霞,张建平. 水运工程. 2018(01)
[2]细尾矿砂破坏准则的测试与安全影响[J]. 林雪松,陈殿强,王来贵,赵龙. 中国安全生产科学技术. 2017(11)
[3]基于CT扫描的低渗砂岩分形特征及孔渗参数预测[J]. 曹廷宽,刘成川,曾焱,卜淘. 断块油气田. 2017(05)
[4]深部开采安全机理及灾害防控现状与态势分析[J]. 李长洪,卜磊,魏晓明,王鹏飞,时悦琪,陈龙根. 工程科学学报. 2017(08)
[5]不同因素对尾矿库浸润线影响的数值模拟研究[J]. 高亚伟,孔祥云,唐永俊. 中国锰业. 2017(03)
[6]上游式尾矿库颗粒沉积规律及坝体渗流场分析[J]. 田莉梅,屈春来,张景华. 金属矿山. 2017(05)
[7]黔西地区煤样孔隙综合分形特征及对孔渗性的影响[J]. 高为,易同生,金军,杨通保,赵凌云,王冉,周效志. 煤炭学报. 2017(05)
[8]细粒尾矿坝漫顶溃坝机制及灾变过程[J]. 杜艳强,王新武,张坤,王晓强,杨春和. 中国安全科学学报. 2017(02)
[9]尾矿砂结构特征对渗透性影响的数值模拟[J]. 曾晟,吉坤,李军,王培闻. 金属矿山. 2017(01)
[10]基于非饱和土渗流理论的尾矿库流固耦合分析[J]. 汤卓,谢建斌,李丞文,卢海军,胡井友. 防灾减灾工程学报. 2016(06)
博士论文
[1]煤矸石凝石胶凝材料及其在似膏体充填中的应用[D]. 魏秀泉.中国矿业大学（北京） 2010
[2]土的细观损伤本构模型[D]. 徐辉.华中科技大学 2007
[3]川中丘陵区土壤的分形特征及其水分分形输运研究[D]. 冉景江.四川大学 2006
[4]黄土弹塑性损伤本构模型及工程应用研究[D]. 夏旺民.西安理工大学 2005
硕士论文
[1]陕北两种筑坝土料渗透破坏机理的对比试验研究[D]. 韩峰.西北农林科技大学 2017
[2]矿渣基固化剂的应用研究[D]. 田均兵.贵州大学 2016
[3]尾矿坝渗透破坏特性试验研究[D]. 谢羽佳.西南科技大学 2015
[4]铁尾矿的沉降和固化基础研究[D]. 满亮.昆明理工大学 2015
[5]固结作用下的渗流理论研究及其在尾矿坝工程中的应用[D]. 梅海峰.西安理工大学 2007
[6]粗粒料渗透特性及渗透规律试验研究[D]. 刘黎.四川大学 2006
[7]栗西沟尾矿坝地震动力反应及液化评价研究[D]. 李新星.长安大学 2004
[8]本钢歪头山尾矿库泄水系统安全稳定分析[D]. 马媛玲.大连理工大学 2003
[9]尾矿坝渗流场的数值模拟及分析[D]. 路美丽.大连理工大学 2002
本文编号：3673224
【文章页数】：238 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 引言
1.1 文献综述
1.1.1 尾矿坝渗透破坏规律研究现状
1.1.2 尾矿坝渗透破坏类型及防控对策研究现状
1.1.3 分形理论在渗透破坏中的研究现状
1.1.4 土的弹塑性损伤本构模型研究现状
1.1.5 尾矿坝安全稳定性研究与致灾机理研究现状
1.2 现行研究的不足及关键科学问题
1.2.1 现行研究不足
1.2.2 关键科学问题
1.3 本文主要研究内容与技术路线
2 陈坑尾矿库工程勘探及尾矿库沉积规律
2.1 工程概况
2.2 工程勘探
2.2.1 实地勘探信息
2.2.2 岩土层分布及特征
2.2.3 尾矿库沉积规律
2.2.4 沉积层尾矿砂物理力学性质
2.2.5 尾矿库地下水埋藏条件及渗透特性
2.3 本章小结
3 细粒尾矿砂细粒含量影响下物理力学特性宏观试验研究
3.1 室内土工试验
3.1.1 全尾矿砂的击实试验
3.1.2 颗粒级配分析
3.1.3 尾矿砂比重试验
3.1.4 尾矿砂饱和含水率试验
3.1.5 尾矿砂固结试验
3.1.6 尾矿砂三轴剪切试验
3.1.7 变水头渗透试验
3.1.8 三轴渗透试验
3.2 细粒尾矿砂渗透破坏试验研究
3.2.1 小型渗透破坏试验
3.2.2 中型渗透破坏试验
3.3 本章小结
4 细粒尾矿砂渗透破坏微米CT扫描试验研究
4.1 渗透破坏过程宏细观结构表征研究
4.1.1 CT扫描试验装置及方案
4.1.2 试验结果及分析
4.2 细粒尾矿砂细观结构渗透破坏分形特征研究
4.2.1 CT扫描试验
4.2.2 孔隙分维特征分析
4.2.3 孔径分维特征分析
4.2.4 质量分维特征分析
4.3 本章小结
5 细粒尾矿砂渗透破坏细观损伤本构关系及数值试验研究
5.1 细粒尾矿砂渗透破坏过程细观结构损伤特征分析
5.2 细观结构损伤本构关系的建立过程
5.2.1 弹塑性损伤矩阵
5.2.2 塑性屈服函数
5.2.3 损伤演化规律
5.2.4 求解过程
5.3 ABAQUS子程序的数值试验研究
5.3.1 ABAQUS软件简介
5.3.2 本构模型的数值试验
5.4 本章小结
6 细粒尾矿砂渗透破坏细观机理下的防治措施研究
6.1 细粒尾矿砂复合高分子絮凝剂沉降试验研究
6.1.1 细粒尾矿砂物理性质
6.1.2 单因素絮凝剂沉降试验
6.1.3 絮凝剂正交试验
6.1.4 复合絮凝后细粒尾矿力学性质的变化
6.2 细粒尾矿砂复合固化剂固化试验研究
6.2.1 细粒尾矿砂的土力学参数
6.2.2 细粒尾矿砂固化试验分析
6.3 本章小结
7 工程尺度下尾砂坝渗流稳定性数值模拟研究
7.1 陈坑尾矿坝模型概况
7.2 全尺寸尾矿库三维模型的建立
7.3 尾矿坝流固耦合渗流模拟
7.3.1 尾矿坝渗流分析
7.3.2 添加最佳絮凝剂配比尾矿坝渗流分析
7.3.3 添加最佳固化剂配比尾矿坝渗流分析
7.3.4 各状态下尾矿坝渗流场分析
7.4 尾矿坝安全稳定性分析
7.4.1 尾矿坝安全稳定性分析
7.4.2 添加最佳絮凝剂配比尾矿坝安全稳定分析
7.4.3 添加最佳固化剂配比尾矿坝安全稳定性分析
7.5 尾矿坝渗透破坏防治措施效果对比分析
7.6 本章小结
8 结论
8.1 结论
8.2 创新点
8.3 展望
参考文献
附录A ABAQUS软件UMAT子程序
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]水位涨落过程中海堤(土石坝)渗流分形分析[J]. 苏永军,沙玉霞,张建平. 水运工程. 2018(01)
[2]细尾矿砂破坏准则的测试与安全影响[J]. 林雪松,陈殿强,王来贵,赵龙. 中国安全生产科学技术. 2017(11)
[3]基于CT扫描的低渗砂岩分形特征及孔渗参数预测[J]. 曹廷宽,刘成川,曾焱,卜淘. 断块油气田. 2017(05)
[4]深部开采安全机理及灾害防控现状与态势分析[J]. 李长洪,卜磊,魏晓明,王鹏飞,时悦琪,陈龙根. 工程科学学报. 2017(08)
[5]不同因素对尾矿库浸润线影响的数值模拟研究[J]. 高亚伟,孔祥云,唐永俊. 中国锰业. 2017(03)
[6]上游式尾矿库颗粒沉积规律及坝体渗流场分析[J]. 田莉梅,屈春来,张景华. 金属矿山. 2017(05)
[7]黔西地区煤样孔隙综合分形特征及对孔渗性的影响[J]. 高为,易同生,金军,杨通保,赵凌云,王冉,周效志. 煤炭学报. 2017(05)
[8]细粒尾矿坝漫顶溃坝机制及灾变过程[J]. 杜艳强,王新武,张坤,王晓强,杨春和. 中国安全科学学报. 2017(02)
[9]尾矿砂结构特征对渗透性影响的数值模拟[J]. 曾晟,吉坤,李军,王培闻. 金属矿山. 2017(01)
[10]基于非饱和土渗流理论的尾矿库流固耦合分析[J]. 汤卓,谢建斌,李丞文,卢海军,胡井友. 防灾减灾工程学报. 2016(06)
博士论文
[1]煤矸石凝石胶凝材料及其在似膏体充填中的应用[D]. 魏秀泉.中国矿业大学（北京） 2010
[2]土的细观损伤本构模型[D]. 徐辉.华中科技大学 2007
[3]川中丘陵区土壤的分形特征及其水分分形输运研究[D]. 冉景江.四川大学 2006
[4]黄土弹塑性损伤本构模型及工程应用研究[D]. 夏旺民.西安理工大学 2005
硕士论文
[1]陕北两种筑坝土料渗透破坏机理的对比试验研究[D]. 韩峰.西北农林科技大学 2017
[2]矿渣基固化剂的应用研究[D]. 田均兵.贵州大学 2016
[3]尾矿坝渗透破坏特性试验研究[D]. 谢羽佳.西南科技大学 2015
[4]铁尾矿的沉降和固化基础研究[D]. 满亮.昆明理工大学 2015
[5]固结作用下的渗流理论研究及其在尾矿坝工程中的应用[D]. 梅海峰.西安理工大学 2007
[6]粗粒料渗透特性及渗透规律试验研究[D]. 刘黎.四川大学 2006
[7]栗西沟尾矿坝地震动力反应及液化评价研究[D]. 李新星.长安大学 2004
[8]本钢歪头山尾矿库泄水系统安全稳定分析[D]. 马媛玲.大连理工大学 2003
[9]尾矿坝渗流场的数值模拟及分析[D]. 路美丽.大连理工大学 2002
本文编号：3673224
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shuiwenshuili/3673224.html
