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矿产资源需求量的不断增大以及土地资源的限制使用,可以预见高堆尾矿库的数量会越来越多;与此同时,选矿设备和工艺的进步使得尾矿细粒化程度加剧。尾矿坝内应力随着坝体高度的上升而增大,尾矿颗粒的细化和高应力环境对尾矿库的稳定性具有重大影响。以往对尾矿力学行为的研究基本上都是采用均质材料,常规压力,对于高应力下细粒尾矿力学行为的系统性研究较少。因此,本文针对大型高尾矿坝高应力的特点,通过完善高应力下尾矿力学行为室内实验体系,结合室内试验与理论分析开展高应力尾矿力学行为及声发射特征的系统性研究。主要研究内容和结论如下。
(1)通过对试验尾矿进行三轴压缩、粒度测试、微观扫描、显微图像处理等试验,分析了尾矿粒径分布、矿物成份和颗粒特征,基于非线性数学模型描述了尾矿细观结构,揭示了高应力下尾矿强度演化机理,构建了高应力下的尾矿强度准则。
(2)基于Einav提出的修正的相对破碎概念Br?,对比分析试验前后尾矿颗分试验结果,得到了尾矿颗粒破碎演化规律和分形特征,揭示了尾矿颗粒破碎机理,构建了适用于高应力下细粒尾矿颗粒破碎的预测模型。
(3)对比分析不同应力环境下尾矿偏应力-应变关系,基于高应力下尾矿强度准则,提出了考虑应力项的尾矿本构模型;给出了本构模型中所有参数的确定方法,明确了模型中参数的物理意义,验证了高应力下本构模型的适用性。
(4)根据岩土损伤力学理论构建了高应力下尾矿损伤力学模型和损伤演化方程;基于连续损伤理论中材料破坏是由稳定连续的应变场或损伤场过渡到非稳定状态和突变理论提出了尾矿破坏启动条件,定义了尾矿破坏启动点并就其合理性进行了验证;探究了尾矿破坏启动点的形成机理及其与剪胀点的相关性。
(5)依据高应力下尾矿变形过程和声发射信号在时序上具有同步性的特点,探究了尾矿不同承载阶段声发射参量(声发射撞击、声发射能量等基本参数和声发射频段及分形)的变化规律;运用小波包频段分解法和G-P算法对破坏启动点信号及其相邻点的频段能量分布特征和声发射关联维数进行了研究,得到低频通道关联维数最低点和频段范围62.5-125中能量百分比最高点可作为试件破坏启动点的声发射判据。
上述研究成果将有望为大型高尾矿坝性能劣化与溃坝研究提供一定的理论参考。
(1)通过对试验尾矿进行三轴压缩、粒度测试、微观扫描、显微图像处理等试验,分析了尾矿粒径分布、矿物成份和颗粒特征,基于非线性数学模型描述了尾矿细观结构,揭示了高应力下尾矿强度演化机理,构建了高应力下的尾矿强度准则。
(2)基于Einav提出的修正的相对破碎概念Br?,对比分析试验前后尾矿颗分试验结果,得到了尾矿颗粒破碎演化规律和分形特征,揭示了尾矿颗粒破碎机理,构建了适用于高应力下细粒尾矿颗粒破碎的预测模型。
(3)对比分析不同应力环境下尾矿偏应力-应变关系,基于高应力下尾矿强度准则,提出了考虑应力项的尾矿本构模型;给出了本构模型中所有参数的确定方法,明确了模型中参数的物理意义,验证了高应力下本构模型的适用性。
(4)根据岩土损伤力学理论构建了高应力下尾矿损伤力学模型和损伤演化方程;基于连续损伤理论中材料破坏是由稳定连续的应变场或损伤场过渡到非稳定状态和突变理论提出了尾矿破坏启动条件,定义了尾矿破坏启动点并就其合理性进行了验证;探究了尾矿破坏启动点的形成机理及其与剪胀点的相关性。
(5)依据高应力下尾矿变形过程和声发射信号在时序上具有同步性的特点,探究了尾矿不同承载阶段声发射参量(声发射撞击、声发射能量等基本参数和声发射频段及分形)的变化规律;运用小波包频段分解法和G-P算法对破坏启动点信号及其相邻点的频段能量分布特征和声发射关联维数进行了研究,得到低频通道关联维数最低点和频段范围62.5-125中能量百分比最高点可作为试件破坏启动点的声发射判据。
上述研究成果将有望为大型高尾矿坝性能劣化与溃坝研究提供一定的理论参考。