冻融循环作用下尾矿坝的力学响应特征

寒区冻融环境条件下,尾矿砂的冻融、缩胀、损伤破坏给寒区尾矿坝工程造成极大的危害。为探究冻融循环作用下尾矿坝变形规律,揭示其变形机制。采用自主设计的尾矿坝相似模型试验装置,开展不同冻结温度(-5、-25、-45℃)条件下,尾矿坝的变形规律模型试验。借助土压力、激光位移、孔隙水压力传感器,采用动态数据采集仪采集相关数据,分析冻融循环过程中尾矿坝各关键位置应力、变形、孔隙水压力的动态变化规律。试验结果表明:坝体内应力随冻结温度的降低而增大,在冻融循环前期,尾矿坝各关键位置应力增长速度明显高于冻融循环其他阶段。坝体内孔隙水压力随冻结温度的降低而减小,坝体越深,孔隙水压力的变化幅度越大,周期性更强,也更具有规律性。冻结温度具有明显的位置效应,越靠近尾矿坝边缘,坝体变形量越大,变形速度越快。     

边坡内部位移监测系统

随着我国对煤炭资源大力开采,矿山排土场的排弃量日渐增大,排土场边坡失稳问题频繁发生.实施边坡内部位移监测是保证矿山安全生产及运输的重要手段和措施.目前尚没有广泛应用的长期监测边坡内部岩土体位移的专用仪器.介绍了一种边坡内部位移监测系统,采用电磁信号发射及信号测距的思想进行设计,可以实现对矿山排土场边坡的内部岩土体动态运移情况进行监测.最终实现数字化、自动化、可靠性高,并能实施长期监测,具有预警功能的监测系统.     

矸石充填开采协同承载机制及充填效果评价研究

为研究矸石充填体充入井下采空区后与围岩及煤柱的相互作用力学机理,基于矸石三向压实试验对矸石充填体与围岩协同承载效应开展研究工作,并对矸石充填开采条件下的充填效果进行评价研究.研究分析了矸石体积压缩率与各试验参数存在的定量函数关系;构建"充填体-围岩-煤柱"协同承载模型,阐明了充填体、围岩、煤柱三者共同对上覆岩层的承载控...     

聚丙烯纤维加筋铁尾矿砂的宏/微观结构特性分析

为研究聚丙烯纤维对聚丙烯纤维加筋铁尾矿砂的抗剪性能、抗压性能和宏/微观结构特性的影响，使用抗剪强度确定其抗剪性能，用无侧限抗压强度确定其抗压性能，并采用宏观破坏和扫描电子显微镜（SEM）微观分析相结合的方法，评价纤维加筋尾矿砂的结构变化。试验研究了纤维掺量和含水率对尾矿砂试件的影响，结果表明：纤维是影响试件抗剪强度和单轴抗压强度的重要因素，且增强效果主要取决于筋/砂之间界面的摩擦和黏结。直剪和无侧限抗压强度试验最佳的纤维含量是0.3%，最佳的含水率为12%。此外，宏观结构破坏分析和SEM微结构试验表明：聚丙烯纤维的作用主要是桥接裂纹，通过筋/砂界面的摩擦和黏结抵消外力，以达到提高强度的目的。     

尾矿坝倾斜抬升超载安全度试验与数值模拟研究

针对近几年尾矿坝溃坝地质灾害频发的问题,有必要分析尾矿坝稳定状态。通过开展尾矿坝倾斜抬升超载安全度试验分析尾矿坝稳定性,并建立强度折减法数值分析模型,以极限应变判据验证倾斜抬升超载试验结果的准确性。结果表明:尾矿坝倾斜抬升超载破坏失稳是由初期坝坝脚处的点破坏向整体失稳破坏的演变过程;监测结果显示初期坝的位移大于子坝的位移,坝基的位移最小,试验尾矿坝的超载安全系数区间为1.35~1.38;超载安全度试验与数值模拟强度折减计算结果在安全系数和破坏形态两方面基本吻合,倾斜抬升超载试验方法适用于尾矿坝稳定性的研究。研究结果可为尾矿坝新建、运营、溃坝地质灾害防治提供指导。     

多裂隙岩体渗流特性数值模拟研究

为了研究在水力压裂作用下多裂隙岩体的渗流特性,本文采用岩石破裂过程RFPA数值分析系统和控制变量法,研究多裂隙岩体在不同裂隙角度、不同围压及轴压时,裂隙的扩展演化过程。模拟结果表明:随着岩体天然裂隙角度的增加,裂隙的萌生和扩展逐渐减弱;外界条件对水力压裂作用下裂纹的萌生和扩展是不可忽略的,其最大主应力控制着裂纹的扩展演化。     

库水位升高对尾矿坝稳定性的影响

针对库水位变化对尾矿坝稳定性影响问题,建立考虑超孔隙水压力作用下的流固耦合数学模型,利用有限差分程序进行数值求解。对不同库水位工况下的尾矿坝稳定性进行了仿真试验,结果表明:库水位的升高对尾矿坝稳定性影响显著,随着库水位升高,尾矿坝浸润线升高,孔隙水压力增大,有效应力减小,安全系数降低,尾矿坝的稳定性随着库水位的升高按照指数形规律衰减。     

尾矿砂膏体充填材料工作与力学性能研究

采用流变性能与单轴抗压强度试验对5种配合比的膏体充填材料进行了测试,结果表明:以尾矿砂、粉煤灰、水泥为主要原料能够制备出满足采空区回填工作与力学性能要求的膏体充填材料;随粉煤灰掺量增加,膏体的屈服应力降低,塑性黏度无明显变化;随水泥用量增加,膏体的屈服应力与塑性黏度均降低,但在添加一定量水泥后,屈服应力有增长的趋势;随粉煤灰掺量增加,膏体早期强度降低,而随水泥用量增加,膏体的早期强度增大。     

基于分形理论的隧道砂土层渗透率快速测定研究

为研究隧道开挖过程中,流体在砂土中的渗流特征并对砂土渗透率进行快速估算,采用砂土渗透试验与分形理论相结合的方法,研究不同级配条件下影响砂土渗流特征的主要因素以及砂土渗透率与砂土分形维数D之间的关系。结果表明:渗透率对砂土细小颗粒的比例非常敏感,渗透率随细小颗粒比例的增加呈数量级式减小,砂土介质的分形维数与渗透率之间呈负指数关系,通过验证证明分形维数计算渗透率具有较高精度,因此,可供工程实践中快速估算砂土渗透系数和配制有特定渗透性要求的砂土时使用。     

尾矿坝溃坝模拟及影响范围预测

针对尾矿坝溃坝对下游人员生命财产和环境安全危害严重,难以准确定量地描述这一问题,以辽宁某尾矿库为例,采用非牛顿流体模型中的Bingham模型,利用ANSYS CFX流体动力学分析软件对溃坝后的砂流演进过程进行模拟分析。重点分析了溃坝后的流态变化、速度矢量变化以及最终堆积形态。分析结果表明：尾矿坝溃坝以后,尾矿砂流在重力作用下向下游演进运动,冲出初期坝坝坡之后形成涌波,并逐渐向下游扩散传播;任意时刻尾砂的速度大小均呈现出渐进式的变化,从尾部至端头速度逐渐增大,近地面速度比表面速度大;最终形成一个尾部厚、向边缘逐渐变薄的堆积体。所得结果将为溃坝灾害应急预案的编制、下游人员安全疏散方案的提出及溃坝后的灾害评估提供重要的依据。