尾礦庫事故中危害最為重大的是壩體破壞失穩(wěn)，嚴重威脅著下游居民生命、財產(chǎn)安全及周邊環(huán)境。尾礦的形成以及所處環(huán)境復雜，使其具有特殊的物理力學性質(zhì)。尾礦物理力學性質(zhì)是尾礦壩安全穩(wěn)定分析的基礎依據(jù)，準確評價與認識尾礦的物理力學特性尤顯重要。本書將從材料的宏觀和細觀尺度系統(tǒng)地介紹尾礦的物理化學性質(zhì)、靜動力學特性及其細觀力學機理、顆粒分布及細觀結構分形特征、孔隙水滲流及細觀流動規(guī)律等.本書深入探討尾礦材料的基礎物理力學性質(zhì)及細觀機理，可為廣大從事尾礦庫設計與建設、尾礦庫安全穩(wěn)定研究，以及巖土工程領域科研與工程建設同行提供參考。
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目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 研究現(xiàn)狀及評述 2
1.2.1 結構性材料力學性質(zhì)研究層次 3
1.2.2 尾礦宏觀物理力學性質(zhì) 4
1.2.3 分形理論及其在巖土工程中的應用 6
1.2.4 顆粒物質(zhì)理論研究現(xiàn)狀 9
1.2.5 土體細觀力學研究方法 12
1.3 本書主要工作 14
參考文獻 16
第2章 尾礦分類和化學物理性質(zhì) 24
2.1 尾礦分類 24
2.2 尾礦化學與礦物成分 25
2.3 尾礦物理性質(zhì) 28
2.3.1 平川鐵礦尾礦物理性質(zhì) 28
2.3.2 秧田箐銅尾礦物理性質(zhì) 32
2.3.3 大寶山槽對坑尾礦物理性質(zhì) 34
2.3.4 羊拉銅尾礦物理性質(zhì) 37
2.3.5 東鄉(xiāng)銅尾礦物理性質(zhì) 39
2.4 細粒尾礦物理性質(zhì) 42
參考文獻 44
第3章 尾礦宏觀力學性質(zhì) 45
3.1 尾礦靜力學性質(zhì)受粒徑與密度影響研究 45
3.1.1 尾礦靜力學性質(zhì)受粒徑影響規(guī)律 45
3.1.2 尾礦靜力學特性受密度影響規(guī)律 48
3.2 尾礦動力學性質(zhì) 50
3.2.1 試驗儀器、試樣制備與試驗方法 50
3.2.2 動三軸試驗基本特性 51
3.2.3 尾礦動強度特征 54
3.2.4 尾礦動孔隙水壓力 56
3.2.5 尾礦動力變形特性 58
3.2.6 尾礦動力特性影響因素分析 61
3.3 凍結尾礦力學特性 64
3.3.1 凍結尾礦室內(nèi)試驗 65
3.3.2 凍結尾礦單軸壓縮下的破壞形式 67
3.3.3 凍結尾礦單軸壓縮變形特性 68
3.3.4 凍結尾礦抗壓強度和變形模量變化規(guī)律 68
3.4 磷尾礦電阻率與其力學性質(zhì)關系 70
3.4.1 磷尾礦電阻率 71
3.4.2 磷尾礦電阻率的影響因素 73
3.4.3 磷尾礦初始電阻率與抗剪強度關系 76
3.4.4 磷尾礦應力-應變-電阻率關系 77
參考文獻 78
第4章 尾礦彈塑性損傷本構模型研究 80
4.1 塑性力學全量理論 80
4.1.1 等效應力與等效應變 80
4.1.2 全量理論本構模型 81
4.2 連續(xù)介質(zhì)損傷力學理論 82
4.2.1 連續(xù)介質(zhì)損傷力學 82
4.2.2 損傷變量 82
4.2.3 損傷演化方程與本構關系 83
4.2.4 基于Mohr-Coulomb強度準則的損傷演化方程 84
4.3 尾礦彈塑性損傷本構模型 86
4.3.1 尾礦彈塑性力學特性 86
4.3.2 彈塑性描述 86
4.3.3 損傷描述 87
4.4 尾礦彈塑性損傷本構模型驗證 88
4.4.1 尾礦固結不排水試驗 88
4.4.2 模型參數(shù)確定及驗證 93
參考文獻 94
第5章 尾礦顆粒統(tǒng)計分形特征及與宏觀物理力學特性的關系研究 96
5.1 顆粒統(tǒng)計分形理論 96
5.1.1 分形理論概念 96
5.1.2 分形維數(shù)測定方法 97
5.1.3 巖土材料分形特征研究一般過程 98
5.1.4 顆粒統(tǒng)計分形維數(shù)計算 99
5.2 基于分形理論的尾礦顆粒分布特征 100
5.2.1 顆粒分析試驗 100
5.2.2 尾礦顆粒質(zhì)量分形維數(shù)計算結果 101
5.3 尾礦顆粒質(zhì)量分形維數(shù)與顆粒分布特征的關系 102
5.3.1 尾礦顆粒質(zhì)量分形維數(shù)與Ri/Rmax的關系 102
5.3.2 尾礦顆粒質(zhì)量分形維數(shù)與顆粒級配指標的關系 103
5.3.3 尾礦顆粒質(zhì)量分形維數(shù)與顆粒組成的關系 104
5.4 尾礦顆粒質(zhì)量分形維數(shù)與其宏觀物理力學性質(zhì)的關系 106
5.4.1 尾礦宏觀物理力學性質(zhì)試驗 106
5.4.2 尾礦顆粒質(zhì)量分形維數(shù)與抗剪強度參數(shù)的關系 107
5.4.3 尾礦顆粒質(zhì)量分形維數(shù)與滲透系數(shù)的關系 108
參考文獻 108
第6章 尾礦細觀結構變形非線性特性試驗研究 110
6.1 尾礦細微觀力學與形變觀測試驗裝置 110
6.1.1 土體細觀力學主要試驗方法存在的問題 110
6.1.2 裝置組成與各部件關鍵技術 111
6.1.3 裝置的主要功能、技術指標及特點 116
6.2 尾礦細觀結構分形特征研究方法 117
6.2.1 復雜圖形周長-面積分維模型 117
6.2.2 圖像特征值的獲取 118
6.3 全尾礦細觀力學特性 119
6.3.1 試驗材料 119
6.3.2 試驗方案及步驟 119
6.3.3 不同荷載下尾礦細觀結構 120
6.3.4 不同埋深的沉降及局部應力 120
6.3.5 尾礦受載過程細觀結構形變特征 122
6.3.6 受載尾礦細觀結構力學作用機理 124
6.4 尾礦細觀孔隙結構變形演化分形特性 125
6.4.1 試驗材料、設備、方案與步驟 125
6.4.2 尾礦內(nèi)部應力方向性特征 126
6.4.3 尾礦孔隙變化非均勻性特征 127
6.4.4 尾礦孔隙的分形特征 128
6.4.5 不同荷載下尾礦細觀孔隙結構分形特征 129
6.4.6 尾礦細觀結構變形演化分形特征 131
6.4.7 基于顆粒物質(zhì)理論的受載尾礦細觀力學特性分析 133
參考文獻 135
第7章 尾礦分層結構體宏細觀力學特性試驗研究 137
7.1 粗、細粒尾礦分層結構體宏觀力學特性 138
7.1.1 試驗材料與試件制作 138
7.1.2 試驗方法與設備 140
7.1.3 單一粗、細粒尾礦抗剪強度參數(shù)對比 141
7.1.4 粗、細粒尾礦兩層結構體抗剪強度特性 141
7.1.5 粗、細粒尾礦三層結構體抗剪強度特性 142
7.1.6 粗、細粒尾礦兩層結構體直接剪切試驗結果及分析 144
7.1.7 尾礦分層結構體應變曲線與孔隙水壓力分析 144
7.2 細粒尾礦透鏡體宏觀力學特性 146
7.2.1 試驗材料 146
7.2.2 試驗方案 147
7.2.3 試驗結果與分析 148
7.3 細粒尾礦透鏡體細觀力學特性 152
7.3.1 試驗裝置 152
7.3.2 試驗方案與步驟 152
7.3.3 不同埋深處顆粒位移 154
7.3.4 不同埋深處局部應力 155
7.3.5 細觀結構變形特征 156
7.3.6 宏細觀等效力學機理分析 157
參考文獻 161
第8章 尾礦粒徑對其宏細觀力學特性的影響試驗研究 163
8.1 尾礦粒徑對其宏觀力學特性的影響 163
8.1.1 試驗材料 163
8.1.2 試件制備 165
8.1.3 試驗結果與分析 166
8.2 不同粒徑尾礦顆粒（團聚體）細觀結構受載分形演化特征 167
8.2.1 試驗裝置 167
8.2.2 試驗材料與試件制作 168
8.2.3 試驗方案與步驟 168
8.2.4 尾礦結構強度 169
8.2.5 尾礦顆粒（團聚體）細觀結構分形特征 170
8.2.6 受荷載作用尾礦骨架顆粒細觀結構變性特征 171
8.2.7 加載試驗對尾礦顆粒分布的影響 175
8.2.8 尾礦粒徑與幾何特征對其細觀力學特性的影響機理 176
參考文獻 177
第9章 非飽和尾礦宏細觀力學特性試驗研究 179
9.1 含水率對非飽和尾礦宏觀力學特性的影響 180
9.1.1 非飽和尾礦強度理論 180
9.1.2 非飽和尾礦三軸剪切試驗設備 181
9.1.3 非飽和尾礦三軸剪切試驗方法 182
9.1.4 試驗材料與試件制備 183
9.1.5 試驗結果與分析 183
9.2 不同含水率尾礦細觀力學特性 185
9.2.1 試驗材料、設備與方案 185
9.2.2 連續(xù)荷載作用下尾礦顆粒位移特征 186
9.2.3 尾礦顆粒在荷載作用下細觀變形特征 188
9.3 非飽和尾礦孔隙水運移的細觀力學特性 188
9.3.1 試驗材料、設備與方案 188
9.3.2 尾礦充水過程孔隙水運移特征 191
9.3.3 受載尾礦顆粒運移規(guī)律 193
9.3.4 受載尾礦孔隙水運移特性及對尾礦細觀結構的影響 194
9.3.5 排水過程尾礦顆粒運動規(guī)律與細觀結構變形特性 196
9.4 非飽和尾礦孔隙水運移特征及對顆粒骨架結構作用機理分析 198
參考文獻 200
第10章 飽和尾礦孔隙水滲流宏細觀力學試驗與數(shù)值模擬研究 202
10.1 洪水工況下尾礦庫浸潤線變化規(guī)律 202
10.1.1 秧田箐尾礦庫工程概況 203
10.1.2 尾礦庫浸潤線變化規(guī)律模型試驗與結果分析 203
10.2 尾礦庫地下水滲流特性數(shù)值模擬 205
10.2.1 龍都尾礦庫地下水滲流特性數(shù)值模擬 205
10.2.2 里農(nóng)大溝中線法尾礦壩地下滲流場數(shù)值模擬 209
10.3 飽和尾礦孔隙水運移的細觀力學特性 213
10.3.1 試驗材料、設備與方案 213
10.3.2 受載飽和尾礦細觀結構變形演變規(guī)律 214
10.3.3 滲透水對尾礦細觀結構的影響 215
10.3.4 沉降量、滲水量的時間變化規(guī)律 215
10.3.5 滲透水對尾礦顆粒分布的影響 217
10.3.6 尾礦庫地下水滲流細觀力學機理 218
參考文獻 219
第11章 尾礦壩顆粒接觸力與結構變形細觀數(shù)值模擬研究 221
11.1 黃草坪尾礦庫工程概況 222
11.1.1 尾礦庫選址 222
11.1.2 黃草坪尾礦庫簡介 222
11.2 黃草坪尾礦庫堆壩模型試驗 224
11.2.1 堆壩模型試驗目的 224
11.2.2 堆壩模型試驗方案 224
11.2.3 庫區(qū)山地模型制作 224
11.2.4 堆壩物理模型試驗 225
11.2.5 干灘面坡度變化規(guī)律 226
11.2.6 庫區(qū)尾礦顆粒分布規(guī)律 226
11.2.7 堆壩尾礦抗剪強度測試結果 227
11.3 顆粒物質(zhì)力學基本理論 228
11.3.1 顆粒物質(zhì)簡介 228
11.3.2 顆粒物質(zhì)力學 228
11.3.3 球形顆粒接觸力學 229
11.4 自重荷載下尾礦壩顆粒接觸力與結構變形顆粒流數(shù)值模擬 232
11.4.1 PFC 2D數(shù)值模擬軟件 232
11.4.2 尾礦細觀力學參數(shù)確定 234
11.4.3 尾礦壩PFC 2D模型建立 239
11.4.4 尾礦壩顆粒接觸力分布規(guī)律 240
11.4.5 尾礦壩顆粒位移特征 242
11.4.6 尾礦壩結構變形特征 242
參考文獻 244
彩圖
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