尾矿库漫顶溃决动态演化及溃口展宽模型试验

为研究尾矿库漫顶溃决动态演化过程与溃口发展机理及规律,通过3组相似模型试验,对溃口展宽过程和演变机理进行了系统分析,提出了尾矿坝漫顶模式下溃口展宽速率的幂函数公式,并讨论了库水位上升阶段浸润线的变化过程及溃决阶段不同浸润线埋深条件下流速、流量、溃口宽度的变化过程。研究结果表明：尾矿坝的溃决过程可分为坝面漫流与冲沟形成、坝体崩塌与溃口快速扩张及稳定泄流3个阶段;浸润线埋深对流量、流速及溃口最终宽度有较大影响,排渗失效时峰值流量及溃口最终宽度接近正常排渗时的1.5倍,峰值流速可达1.2～1.3倍;降低浸润线高度可以延缓溃决泥石流到达下游的时间,紧急撤离时间也可延长3 min左右;提出的幂函数公式计算值与实测值吻合较好。     

基于颗粒流程序的加筋尾矿剪切应变带宏细观分析

为研究土工格栅加筋尾矿坝剪切带影响范围,提升尾矿坝整体稳定性,通过对不同含水率和上覆荷载的尾矿砂进行室内直剪试验,从宏细观2种不同角度分析剪切应变带的影响规律。试验结果表明:试验曲线近似呈线性增长,峰值位移出现在20~25 mm之间,上覆荷载与峰值剪切位移呈正比例关系,增长速度逐渐减缓;尾矿砂含水率为3%、7%、11%和15%,尾矿的密度等幅递减2.2%,随着含水率增大,表观黏聚力逐渐增大,界面摩擦角先增大后减小;建立颗粒流程序(PFC)模型精准定位试验箱中位移变化较大区域并进行细观无标点量测分析,剪切应变带影响距离随尾矿砂含水率增加而减小,减少量缓慢降低。     

土工格栅与尾矿界面摩擦特性的拉拔数值试验研究

研究土工格栅加筋尾矿坝的首要问题是格栅-尾矿界面摩擦特性，采用了FLAC 3D数值模拟分析了土工格栅在尾矿填料中的拉拔过程，探究含水率与上覆压力对于格栅-尾矿界面摩擦特性的影响规律，并且将其与室内拉拔试验的数据进行比较分析。研究结果表明：土工格栅与尾矿数值的计算结果与试验得到的数据基本符合；认为在土工格栅与尾矿数值计算过程当中，FLAC 3D数值模拟可以很好响应实验室测得的界面摩擦参数（似粘聚力和似摩擦角）；在数值模拟过程中，界面摩擦参数的选择需要进行适度的调节，其中似粘聚力数值可取1.1倍试验值，似摩擦角数值可取0.7倍试验值。研究结果可为土工格栅加筋尾矿坝设计提供一定支持。     

尾矿坝稳定性属性识别的因素空间-未确知测度模型

针对影响尾矿坝稳定性的因素众多、各因素之间彼此耦合且存在大量未确知信息的问题，将尾矿坝稳定性视为结果因素，选取对其有影响的18个定量因素和9个定性因素作为条件因素，构建了尾矿坝稳定性属性识别系统的因素空间。将未确知数学理论引入因素空间，构建了因素空间-未确知测度模型，并讨论了该模型的求解方法。通过层次分析法（analytic hierarchy process，AHP）和信息熵理论计算主客观权重，确定各条件因素的组合权重，运用因素合成方法将高维度的因素空间降维成一维合因素轴，得到合因素测度识别向量，依据置信度准则对尾矿坝稳定性进行评价。以某尾矿坝为例进行了模型验证与分析，结果表明：模型对于尾矿坝稳定性因素的识别结果与现场判别结果基本一致，反映出该模型有助于解决尾矿坝稳定性评价问题，可为类似复杂系统的诊断评价提供参考。     

粘弹塑性土工格栅加筋尾矿流变模型研究

分析土工格栅工程力学特性对加筋尾矿结构变形和长期稳定的影响,基于四参数粘弹塑性模型表征土工格栅长期低应力作用下的力学特性,提出了土工格栅加筋尾矿的流变模型,把加筋复合体受力分析分为两个阶段,分别对应尾矿处于弹性状态和塑性状态,将尾矿产生塑性变形的时间（塑性到达时间）作为两个阶段分界点,并给出了两个阶段的加筋复合体本构关系表达式。研究表明：四参数粘弹塑性模型能够准确反映土工格栅的衰减型蠕变和应力松弛特征;第1阶段,筋材中的应力随时间减小,导致尾矿中的微观应力重新分布,直到尾矿达到屈服条件进入第2阶段,筋材的应力开始保持不变,加筋复合体整体应变由于筋材的蠕变而增加;加筋复合体受力快速由第1阶段过渡到第2阶段,第1阶段变形很小,复合体整体应变主要由第2阶段导致;塑性到达时间受到土工格栅模型参数中Kelvin系数和尾矿强度参数内摩擦角的影响显著。     

粘弹塑性土工格栅加筋尾矿流变模型研究

分析土工格栅工程力学特性对加筋尾矿结构变形和长期稳定的影响，基于四参数粘弹塑性模型表征土工格栅长期低应力作用下的力学特性，提出了土工格栅加筋尾矿的流变模型，把加筋复合体受力分析分为两个阶段，分别对应尾矿处于弹性状态和塑性状态，将尾矿产生塑性变形的时间（塑性到达时间）作为两个阶段分界点，并给出了两个阶段的加筋复合体本构关系表达式。研究表明：四参数粘弹塑性模型能够准确反映土工格栅的衰减型蠕变和应力松弛特征；第1阶段，筋材中的应力随时间减小，导致尾矿中的微观应力重新分布，直到尾矿达到屈服条件进入第2阶段，筋材的应力开始保持不变，加筋复合体整体应变由于筋材的蠕变而增加；加筋复合体受力快速由第1阶段过渡到第2阶段，第1阶段变形很小，复合体整体应变主要由第2阶段导致；塑性到达时间受到土工格栅模型参数中Kelvin系数和尾矿强度参数内摩擦角的影响显著。     

土工格栅与不同粒径填料界面作用特性试验研究

路基边坡加筋设计时,土工格栅与填料间的界面作用特性是影响加筋边坡工程安全与稳定的重要因素.为研究土工格栅与不同粒径填料的界面摩擦特性,进行了土工格栅与3种不同粒径均匀粗粒土的拉拔试验,分析了法向应力、填料粒径和拉拔速率3个因素对界面参数的影响.试验结果表明:土工格栅所受的最大拉拔力,随着填料粒径和拉拔速率的增大而增大,但填料粒径比拉拔速率的增幅大;不同粒径或不同拉拔速率下,格栅-土的界面最大剪应力与法向应力均呈线性拟合关系;填料粒径的增大显著提高了界面参数似黏聚力,但对似摩擦角变化不明显;拉拔速率的增大,使得界面参数似黏聚力几乎呈线性增长,而似摩擦角变化不明显.该试验结果对加筋边坡工程的设计具有一定的参考价值.     

网孔尺寸对格栅-尾矿界面特性的影响

目前加筋尾矿结构中土工格栅的选用未考虑网孔尺寸的影响,仅考虑格栅的极限抗拉强度,致使格栅网孔尺寸的选用还存在较大的主观性。为了研究土工格栅加筋尾矿的网孔尺寸,也就是格栅-尾矿界面与剪切面面积比对格栅-尾矿界面强度参数的影响规律。选用5种网孔尺寸(12.7 mm×12.7 mm,25.4 mm×25.4 mm,38.1 mm×38.1 mm,50.8 mm×50.8 mm,63.5 mm×63.5 mm)相同规格的土工格栅,分别通过直剪试验和拉拔试验对格栅-尾矿的界面特性进行分析,探求土工格栅加筋尾矿的合理网孔尺寸。试验结果表明:两种试验条件下,随着土工格栅网孔尺寸增大,格栅-尾矿界面强度指标似黏聚力减小,似摩擦角增大;格栅网孔尺寸的变化对似黏聚力的影响显著,对似摩擦角的影响较小;随着格栅网孔尺寸的增大,界面似摩擦因数逐渐降低,降低幅度越来越慢,且法向应力越大,界面似摩擦因数变化范围越小;相同条件下,拉拔界面似黏聚力约为直剪界面似黏聚力的0.7倍,拉拔界面似摩擦角约为直剪界面似摩擦角的0.45倍。为了更准确分析土工格栅加筋尾矿的效果,应该将格栅-尾矿界面摩擦作用从界面综合摩擦作用中分离出来,得到格栅-尾矿界面摩擦因数比;随着格栅-尾矿界面与剪切面面积比的减小,格栅-尾矿界面摩擦因数比先轻微上升,后发生陡降,格栅加筋作用迅速消失。土工格栅加筋尾矿的合理网孔尺寸应控制在格栅-尾矿界面与剪切面面积比为0.4左右,即所用格栅网孔尺寸为38.1 mm×38.1 mm时,此时土工格栅加筋尾矿的效果最佳。     

尾矿坝漫顶溃决溃口纵向演化与侵蚀试验

通过3组不同入流量下的水槽溃坝试验,对尾矿坝漫顶溃决溃口的纵向演化过程进行了系统分析,讨论了侵蚀率和切应力之间的关系。结果表明:尾矿坝漫顶溃决溃口纵向表现为陡坎侵蚀模式与支点旋转侵蚀模式；溃决流量和密度都呈先上升后下降的趋势,但水砂流密度波动较大；不同入流量影响各阶段大坝的侵蚀率,对阶段1侵蚀率的影响最小,对阶段2侵蚀率的影响最大,最大侵蚀率随上游入流量的增加而增大,但是不影响沿坝床侵蚀率的相对变化；坝体上土体的抗侵蚀能力不仅与坝体材料强度相关,还与坝体上流体的密度关系密切。