孔隙水运移特性及对尾矿细观结构作用机制试验研究

 利用自行研制的尾矿细微观力学与形变观测试验装置,研究尾矿充水过程、荷载作用和排水过程中孔隙水的运移特征及其对尾矿细观结构作用机制。结果显示：尾矿水位线实际达到高度大于计算获得的水位线高度;受荷载作用,充水条件下各层尾矿颗粒沉降位移显著大于未充水条件下相同位置颗粒的沉降位移;充水条件下尾矿颗粒沉降位移随荷载的增加可分为线性增长阶段、显著增长阶段和稳定阶段,显著增长阶段出现在200～400 kPa荷载下;受荷载与孔隙水的作用,尾矿细观结构会形成曲折复杂供水运移的通道,该通道的形成过程发生在尾矿颗粒沉降位移的显著增长阶段;孔隙水夹带尾矿小颗粒运移,对尾矿颗粒分布有一定的影响;尾矿颗粒沉降位移与细观结构受排水影响较小,其变化主要在排水初期。最后,提出水的毛细管作用下尾矿坝实际浸润线的概念与计算方法,研究孔隙水与荷载综合作用下尾矿细观结构变形破坏机制,为深入探索水引起的尾矿坝灾变机制及稳定性评价等具有重要的实际意义。     

粉粒夹层对饱和砂土液化特性影响的试验研究

为了能更好地反映粉粒夹层对自然界中沉积或吹填土层动力特性的影响,将土颗粒进行筛分后制备含粉粒夹层的饱和土样。采用应变控制加载方式进行一系列动三轴试验,分析了粉粒夹层对饱和砂土的抗液化强度和动孔隙水压力发展规律的影响。研究结果表明,粉粒夹层的存在对循环荷载作用下饱和砂土抗液化强度和动孔隙水压力的发展规律有显著影响,若忽视粉粒夹层对饱和砂土抗液化强度的影响,将会使液化判别得到偏于不利或保守的结论。     

粉粒含量对砂土强度特性的影响

对含无塑性粉粒的砂土进行了三轴固结不排水试验,结果显示:粉粒含量通过颗粒组成和结构对粉砂强度和变形产生重要影响。在粉粒含量为6%,9%和12%时,松散试样在100 kPa围压下出现了静态液化现象,而粉粒含量增至15%时该现象消失,且随着围压的增大该现象也消失;在同一粉粒含量下,粉砂土残余内摩擦角高于峰值内摩擦角,但残余偏应力值很小,这是由于孔压增长很大,抵消了内摩擦角由?p′提高到?r′的有利影响;稳态线也受粉粒含量的影响,表现在随着粉粒含量的增加,稳态线逐渐向下移动;各粉细砂强度和变形对围压的敏感性强于纯净砂;粉粒含量对孔隙比的影响是含量超出一定值后才变得显著的,这说明粉粒加入到砂骨架中时,并未全部充填至砂粒孔隙中,而是以砂粒间接触点或面上为主,这样的接触结构导致了粉砂具有高体缩性,由此使得粉砂样表现出典型的应变软化特征。     

砾石含量对成都粘土力学特性的影响

通过三轴剪切试验,研究分析含砾成都粘土的力学特性。主要进行成都粘土与砾石不同配比的混合土三轴剪切试验,按照砾石含量的质量百分数进行分组。进行了四种围压(50kPa、100kPa、200kPa和400kPa)作用时的固结排水与固结不排水试验,并得出如下结论:①低围压时(σ1-σ3)随砾石含量的增加而提高;高围压时,20%试样(σ1-σ3)最低,依次是0%试样、40%试样;②随砾石含量的增加,割线刚度有所提高;③CD试验中,试样未出现体胀现象,40%试样体缩量较小;CU试验中,未出现孔隙水压力减小趋势,40%试样孔隙水压力值较高。     

尾矿细观结构变形演化非线性特征试验研究

 利用自行研制的尾矿细微观力学与形变观测试验装置,研究受载尾矿细观结构变形演化的非线性特征,包括尾矿内部应力的方向性、孔隙比的变化规律、细观孔隙结构的分形特征,以及荷载作用下孔隙结构变形演变规律等。研究结果表明：(1) 随着荷载的增加,尾矿试样内不同位置的垂直应力呈阶梯状增加,且略低于荷载,水平应力呈近线性增加,但增量微小,尾矿内部应力存在显著的方向性特征;(2) 受荷载作用,尾矿的孔隙比变化较大,随着荷载的增加,试样中不同高度的孔隙比呈非均匀减小,下层的变化滞后于上层,并有趋于一致的趋势;(3) 提出尾矿细观结构切面孔隙比的概念,对于同一切面,随着荷载的增加,切面孔隙比与同层孔隙比呈线性正相关;(4) 尾矿细观孔隙结构具有显著的周长–面积分形特征,分形维数为1.424～1.537,其值与切面孔隙比存在显著的对数负相关关系;(5) 在荷载不变的情况下,随着加载时间的增长,切面孔隙比降低,且有微小的反弹上升现象,而孔隙周长–面积分形维数呈阶段性增加,每一阶段有小幅回落现象。提出的表征尾矿细观结构特征的切面孔隙比与孔隙周长–面积分形维数2个参数,对定量研究尾矿坝体细观结构特征及其力学特性具有重要的实际意义。     

尾矿细微观力学与形变观测试验装置的研制与应用

 为深入探索筑坝尾矿力学行为与细微观结构的内在联系,自主研发尾矿细微观力学与形变观测试验装置。该试验装置主要由加载试验设备、压力室及附属部件、局部应力监测系统、细微观观测系统4个部分组成。该装置具有如下特点：(1) 所进行的试验能反映尾矿坝体内局部应力、孔隙水与孔隙水压力、排水条件等对其细微观结构及颗粒运动的综合影响;(2) 试验加载条件实现多样化,包括静态加载、静态加卸载、动态加载、动态循环加载等加载形式;(3) 压力仓采用不锈钢筒内嵌玻璃钢筒结构,最大承载压力可达2.5 MPa;(4) 可进行孔隙水流动过程中的孔隙水与颗粒运移形态、细微观结构及其受载形变的观测试验,并能监测孔隙水压力;(5) 可埋设多个土压力传感器于试验尾矿内,实时监控尾矿内局部应力;(6) 细微观观测系统采用自行研制的动态细微观观测装置,调节过程简便且能跟踪点的运动。采用该装置进行荷载为0.3,0.6及0.9 MPa下的尾矿细观观测试验,结果显示：随着荷载的增加与作用时间的增长,尾矿孔隙数量与尺寸减小,颗粒间强结合水受挤压而迁移,形成水膜并逐渐增厚,转化为弱结合水,将颗粒连接成大的块体结构;尾矿沉降位移较大且呈非线性增加,其增量随荷载增加逐次减小;局部应力及细观结构变形表现为下部分滞后且低于上部分,局部应力呈起伏状逐级增长,峰值附近波动很大,沉降位移呈阶梯状增加,稳定后趋于平缓。     

磷尾矿电阻率与其力学性质关系的试验研究

以磷尾矿为对象,采用二相电极法,研究含水率、干密度、温度等因素对磷尾矿电阻率的影响.利用改装的三轴剪切仪对磷尾矿试件进行三轴剪切试验的同时,测量电阻率的变化,获得磷尾矿的黏聚力和内摩擦角与初始电阻率的关系,以及磷尾矿应力-应变-电阻率关系曲线.试验结果表明,磷尾矿的电阻率随着含水率、温度、干密度的增加呈递减的趋势;磷尾矿的初始电阻率与剪切强度、黏聚力和内摩擦角呈负相关性;在三轴剪切压缩过程中,磷尾矿的电阻率随着应变的增加呈先增加后减小的趋势.     

干滩表层沉积尾矿的细观几何特征研究

 为了从细观上描述干滩表层沉积尾矿的几何特征及其随沉积距离的变化,采用显微实验和理论分析,研究尾矿颗粒细观几何特征的描述方法,分析尾矿细观几何特征随沉积距离的变化趋势。结果表明：沉积尾矿的细观几何特征可以用颗粒粒径的数量频率分布图、面积频率分布图、圆形度、磨圆度和织构分维数进行描述;35 ?m粒径是划分微米级颗粒和非微米级颗粒的界限,2种粒径的颗粒在几何特征上有很大差别;尾矿沉积距离模型表明在干滩上的尾矿分布与粒径、初始矿浆流速和坡度等因素密切相关;当沉积尾矿达到临界状态时,临界状态应力比接近1.4。研究结果揭示了干滩表层沉积尾矿的粒形粒径特征,为沉积尾矿多尺度研究和分布规律提供参考。     

粉粒含量对高吸力作用下非饱和土力学行为的影响

常年处于寒-旱交替、蒸发远大于降水地区的路基边坡土体,大多数时期呈现高吸力非饱和状态。为研究粉粒含量对高吸力非饱和土的土-水特性及强度的影响规律,利用饱和盐溶液蒸汽平衡法对不同粉粒含量土样施加高吸力并进行非饱和土三轴试验和劈裂抗拉试验。结果表明：粉粒含量对非饱和土进水值影响显著,两者呈负相关,粉粒含量升高,土样持水能力下降;粉粒含量和吸力均对抗拉强度具有劣化作用,双因素同时作用引起土体的开裂深度增大。吸力对土样变形具有抑制作用,吸力越高,吸力提供的黏聚力越大。粉粒含量升高对土体弹性模量劣化作用显著,从模量角度定义脆性指数,对粉粒含量影响下高吸力非饱和土的脆性特征进行评价,发现粉粒含量主要通过影响峰后割线模量改变高吸力非饱和土的脆性。     

尾矿料的动强度特性试验研究

通过对某尾矿坝料进行固结不排水动力三轴试验。对两种尾矿料在不同围压和固结比应力条件下之动强度、孔隙水压力及轴向应变的变化进行了研究。试验结果表明,在循环振动荷载下,对同一固结比,动剪应力随围压的增大而增大,同一围压下,动剪应力随固结比的增大而增大。孔隙水压力的增长主要发生在振动前期,固结比对孔隙水压力的增长影响明显,同时试验结果可用双曲线较好地进行拟合。在低固结比条件下,轴向应变1%附近存在应变突增点。试验研究成果为该坝的动力稳定性分析提供了参数,也为后续尾矿料的动力特性研究提供参考。     

粉土的动力特性研究

选用太原地区粉土为研究对象，通过粉土重塑土样的动三轴试验，研究了动荷载作用下围压、干密度及初始含水量对粉土重塑土样动弹模量目的影响，得出影响动弹模量的发展规律。     

攀枝花尾矿砂动力特性实验研究

对攀枝花尾矿砂常规动力三轴试验作了介绍，确定了该尾矿砂的动力参数，并分析了影响尾矿砂动力特性的几个因素，对尾矿坝的设计和施工具有一定的指导作用。     

粉土及稳定粉土的基本特性与工程应用研究

结合陇海铁路郑（州）徐（州）段电气化改造工程,对粉土的基本特性进行了研究总结,并对水泥、石灰及二灰稳定粉土的工程特性进行了分析对比,得出三种掺合料可以改良粉土工程性质,但改良效果程度不同,水泥比石灰的改良效果好,在掺合比相同的条件下,二灰比石灰的改良效果也要好的结论。     

砂石含泥量对掺聚羧酸外加剂混凝土质量的影响

通过对粘土物理化学成分的组成以及其对聚羧酸盐外加剂吸附量的分析,并结合实际论证,提出了砂石含泥量对掺聚羧酸盐外加剂混凝土质量影响的见解,为预拌混凝土企业生产提供了一条可行的技术路线.     

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。     

尾矿库筑坝土石料大型三轴试验与力学模型研究

针对沙溪铜矿龙王顶尾矿库工程初设土石坝建设方案,配置了3种含石量(5%、15%和30%)的筑坝土石料,开展了常围压条件下的大三轴压缩试验。试验表明,在低围压下土石料表现出明显的剪胀变形,在高围压条件下其变形以剪缩为主。随试样含石量从5%增加至30%,土石料的应力应变曲线形态相似,但强度和剪胀效应均明显增大。基于试验成果分析,构造适用于描述土石料剪缩/剪胀变形规律的塑性加载和流动方向矢量。在广义塑性本构模型框架内,建立了一个适用于土石料的弹塑性力学模型,阐述了模型参数的确定方法。将此力学模型应用于土石料的大型三轴试验模拟,发现该力学模型能较好地模拟土石料的剪缩/剪胀变形规律。     

粒径对尾矿抗剪强度及坝体稳定性影响

为解决尾砂安全筑坝与井下充填之间的矛盾,开展了粒径对尾矿强度及坝体稳定性影响的研究。试验结果表明:尾砂加权平均粒径随干滩长度增大而下降的速率越来越缓,加权平均粒径与滩长之间关系满足幂函数沉积模型;尾矿内摩擦角随粒料加权平均粒径的减小而减小,当加权平均粒径小于0.05mm时,内摩擦角显著减小;尾矿坝稳定性随粒料加权平均粒径的减小而降低,当加权平均粒径小于0.05mm时坝体稳定性显著降低。研究结果为尾砂安全筑坝与井下粗料充填提供可借鉴的界限粒径,对于其它相同类型尾砂安全筑坝同样具有重要参考价值。     

基于动三轴试验与标贯击数下粉土的动力研究

以江苏扬州地区两个工程实例的粉土地基为研究对象,采取室内动三轴试验对粉土的抗液化强度进行了试验分析,并将三轴试验结果与标贯击数进行了对比分析,为粉土液化的判定提供了科学依据。     

南通淤泥烧结多孔砖原料物理性能试验研究

对南通辖区6个不同土质特点的区域进行江海河沟淤泥取样,对淤泥密度、堆积密度、含水率、塑性指数等进行了测试,并进行颗粒分析.试验结果表明,典型样本大部分颗粒级配较好,塑性指数75.76％处在适合生产烧结砖的范围,同一河道不同河段塑性指数有时相差较大.并按JTG E40-2007《公路土工试验规程》进行试验,对GB/T 50123-1999《土工试验方法标准》测得的塑性指数进行复核.对南通地区淤泥烧结砖原料资源开发利用等提出建议.