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细粒含量和围压影响下的尾粉砂力学特性试验研究及工程应用

作　者: 皮清珠
导　师: 杨春和
学　校: 重庆大学
专　业: 工程力学
关键词: 尾矿坝尾粉砂细粒含量数值试验强度参数
分类号: TV649
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

由于尾矿坝数量的不断增多、规模的不断增大，导致了逐渐频发、灾害性加剧的尾矿坝事故，给尾矿库及其周边生态环境、人民生命财产带来严重危害。从组成尾矿坝的物质材料上看，尾粉砂较为常见，其物理力学性质对于尾矿坝稳定性评价及病患治理具有十分重要的基础性意义。本文以室内颗分试验、物理性质试验、三轴压缩试验和颗粒流数值试验为手段研究不同细粒含量、不同围压对尾粉砂力学特性的影响，结合人工神经网络建立起尾粉砂的强度参数预测模型，并对该模型进行工程应用和讨论，具体研究内容如下：（1）设计六种细粒含量（10%、20%、30%、40%、50%、60%）的尾粉砂试样，通过颗分试验研究尾粉砂的级配特征、物理试验测试其比重和孔隙比，通过试验表明：细粒含量为40%时，级配良好，含量增大或减小，级配都呈逐渐变差趋势；比重和孔隙比随细粒变化则未发生明显的改变，基本呈随细粒含量增加，略微增大的趋势。（2）基于以上尾粉砂试样和四种围压状况（100kPa、200kPa、300kPa、400kPa），采用室内三轴压缩试验研究其力学性质，并从试样破坏模式、应力-应变曲线特征、屈服强度、峰值强度、残余强度、初始模量和切线模量7个方面对不同细粒含量、不同围压影响尾粉砂力学性质变化的特征和原因进行分析。（3）通过PFC3D颗粒流数值试验技术，生成以上六种细粒含量的尾粉砂数值试样，通过数值试验拟合物理试验的应力-应变曲线，得出模拟中的细观参数，并采用该参数进行数值试验研究。基于模拟结果可知，数值试验基本重现了物理试验中的鼓胀破坏，且揭示了不同细粒含量、不同围压下尾粉砂变形破坏的细观机制。（4）利用人工神经网络的强大非线性映射能力，采用不同细粒含量的室内三轴试验所获得的强度参数样本，对神经网络模型进行训练，并将得出的神经网络强度参数预测模型进行尾粉砂强度参数估算的工程应用，通过预测结果表明，该模型基本可以满足相关的工程应用。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
1 绪论  9-19
  1.1 选题依据与研究意义  9-10
  1.2 国内外研究现状及存在的问题  10-16
    1.2.1 细粒含量对尾粉砂力学特性影响的研究现状  10-12
    1.2.2 围压对尾粉砂力学特性影响的研究现状  12-15
    1.2.3 细粒含量对尾粉砂强度参数影响的研究现状  15-16
    1.2.4 目前研究所存在的问题  16
  1.3 研究内容与技术路线  16-19
    1.3.1 研究内容  16-17
    1.3.2 技术路线  17-19
2 细粒含量和围压影响尾粉砂力学特性的物理试验研究  19-41
  2.1 室内三轴压缩试验概况  19-21
    2.1.1 试验仪器和设备  19-20
    2.1.2 试验材料及试样制作  20
    2.1.3 试验主要步骤  20-21
  2.2 尾粉砂试样颗粒级配和物理性质  21-23
  2.3 不同细粒含量对尾粉砂力学性质影响分析  23-31
    2.3.1 试样破坏模式  23-24
    2.3.2 应力-应变曲线特征  24-27
    2.3.3 屈服强度  27-28
    2.3.4 峰值强度  28
    2.3.5 应变软化曲线的残余强度  28-29
    2.3.6 初始模量  29-30
    2.3.7 切线模量  30-31
  2.4 不同围压对尾粉砂力学性质影响分析  31-38
    2.4.1 试样破坏模式  31
    2.4.2 应力-应变曲线特征  31-34
    2.4.3 屈服强度  34-35
    2.4.4 峰值强度  35-36
    2.4.5 应变软化曲线的残余强度  36-37
    2.4.6 初始模量  37
    2.4.7 切线模量  37-38
  2.5 本章小结  38-41
3 细粒含量和围压影响尾粉砂力学特性的数值试验研究  41-63
  3.1 PFC3D颗粒流技术基本原理  41-50
    3.1.1 基本假设  42
    3.1.2 计算循环  42-44
    3.1.3 力-位移关系和运动定律  44-46
    3.1.4 边界条件与初始条件  46-47
    3.1.5 PFC3D模拟的基本步骤  47-50
  3.2 PFC3D数值实验  50-54
    3.2.1 模型边界的建立  50
    3.2.2 尾粉砂数值试样  50-53
    3.2.3 细观参数  53-54
  3.3 PFC3D数值实验结果分析  54-60
    3.3.1 不同细粒含量数值实验结果分析  54-58
    3.3.2 不同围压数值实验结果分析  58-60
  3.4 本章小结  60-63
4 细粒含量影响下的尾粉砂强度参数及工程应用  63-75
  4.1 细粒含量作用下的尾粉砂强度参数  63-66
  4.2 基于人工神经网络的尾粉砂强度参数估算模型  66-70
    4.2.1 人工神经网络原理  66-69
    4.2.2 强度参数估算的神经网络模型  69-70
  4.3 强度估算模型在德兴铜矿 4#尾矿坝中的应用  70-73
    4.3.1 工程概况  70-73
    4.3.2 基于估算模型的强度参数研究  73
  4.4 本章小结  73-75
5 结论与展望  75-77
  5.1 结论  75-76
  5.2 主要创新点  76
  5.3 展望  76-77
致谢  77-79
参考文献  79-83
附录  83
  A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录  83
  B. 作者在攻读硕士学位期间参与的主要科研项目  83

细粒含量和围压影响下的尾粉砂力学特性试验研究及工程应用

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