●第1章 緒論 1
1.1 土顆粒幾何性質表征方法 1
1.1.1 顆粒粒徑分布定義 1
1.1.2 顆粒幾何形狀描述方法 2
1.1.3 尾礦顆粒形態分類 3
1.2 三維重構技術發展 3
1.2.1 土體顯微結構研究進展 3
1.2.2 細觀觀測試驗方法 5
1.2.3 CT掃描技術 6
1.3 高尾礦壩研究進展 6
1.3.1 高尾礦壩概念界定 6
1.3.2 高應力下尾礦力學特性研究進展 7
1.3.3 顆粒破碎研究進展 8
1.4 高應力下尾礦數值試驗研究進展 9
1.4.1 柔性伺服原理 9
1.4.2法在岩土工程中研究進展 10
第2章 尾礦三維重構與細觀結構表征 12
2.1 尾礦顆粒的粒徑特征 12
2.1.1 顆粒顯微觀測 12
2.1.2 砂粒、粉粒和黏粒的顆粒特征 13
2.1.3 粒徑分布函數模型 16
2.1.4 基於Weibull粒徑分布模型 18
2.2 CT技術概述 20
2.2.1 CT技術發展 20
2.2.2 CT掃描原理 20
2.2.3 CT設備簡介 21
2.3 CT圖像處理 23
2.3.1 尾礦CT圖像增強處理 23
2.3.2 尾礦CT圖像分割處理 28
2.3.3 尾礦二值化圖像生成 32
2.4 CT圖像三維重構 33
2.4.1 MIMICS軟件介紹 33
2.4.2 尾礦三維重構實現方法 33
2.4.3 尾礦內部切面圖像獲取 34
2.5 尾礦顆粒細觀結構表征 35
2.5.1 m-B平面下的顆粒級配描述 35
2.5.2 基於CT技術的顆粒級配描述 37
2.5.3 顆粒形狀表征 38
2.6 尾礦孔隙細觀結構表征 43
2.6.1 孔隙率分布 43
2.6.2 二維孔徑分布 45
2.6.3 孔隙分形特征表征 45
第3章 尾礦力學行為特征 48
3.1 粒徑對尾礦沉積特性影響 48
3.1.1 絮凝對細粒尾礦沉積特性影響 48
3.1.2 尾礦漿一維沉積試驗 50
3.1.3 絮網沉積過程模型 55
3.1.4 尾礦顆粒水平沉積規律 56
3.1.5 實測沉積分析 62
3.2 粒徑對尾礦力學行為影響 64
3.2.1 尾礦壩的概化剖面 64
3.2.2 不同粒徑尾礦三軸試驗 66
3.2.3 不同粒徑尾礦數值試驗 67
3.2.4 影響機制 69
3.3 不同礦物組分對尾礦力學性質影響 70
3.3.1 不同礦物尾礦性質 70
3.3.2 礦物組分對應力-應變特性影響 71
3.3.3 礦物組分對應力路徑影響 73
3.3.4 礦物組分對剪切強度影響 74
3.4 夾層異質性對尾礦力學行為影響 76
3.4.1 含夾層尾砂三軸試驗 76
3.4.2 應力-應變特性 79
3.4.3 應力路徑特性 80
3.4.4 大傾角夾層試樣應變軟化特征 82
3.4.5 強度參數 83
3.4.6 變形破壞模式及機制 86
3.5 夾層異質性對尾礦細觀力學性質影響 87
3.5.1 含夾層尾砂數值試驗 87
3.5.2 室內試驗驗證 88
3.5.3 應力-應變關繫 90
3.5.4 變形模型及破壞模式 93
3.5.5 接觸組構分析 95
第4章 高應力條件下尾礦滲透與固結特性 99
4.1 試驗儀器 99
4.2 尾礦滲透固結聯合試驗 100
4.2.1 試驗原理 100
4.2.2 試驗步驟 101
4.2.3 試驗內容 103
4.2.4 試驗結果 106
4.3 尾礦滲透特性 110
4.3.1 滲透繫數-垂直壓力關繫 110
4.3.2 滲透模式 111
4.3.3 水頭對滲透繫數影響 112
4.4 尾礦固結特性 114
4.4.1 孔隙比-固結壓力關繫 114
4.4.2 壓縮指數特性 115
4.4.3 固結繫數特性 115
4.4.4 次固結特性 116
4.5 一維CRS固結試驗 117
4.5.1 CRS固結理論 117
4.5.2 應變率選取 119
4.5.3 CRS固結試驗結果分析 119
第5章 高應力條件下尾礦力學特性 121
5.1 顆粒破碎定性化分析 121
5.1.1 標識顆粒對比 121
5.1.2 尾礦破碎方式 123
5.2 顆粒破碎定量化分析 125
5.2.1 破碎顆粒粒徑分布特征 125
5.2.2 常用顆粒破碎指標優缺點 127
5.2.3 常用顆粒破碎指標對比 132
5.2.4 基於BET法比表面積顆粒破碎指標 134
5.3 高圍壓下尾礦強度特性 138
5.3.1 應力-應變曲線 138
5.3.2 密度對*大應力比影響 142
5.3.3 密度對體積應變影響 143
5.4 高圍壓下夾層對尾礦強度特性影響 145
5.4.1 高圍壓下應力-應變特性 145
5.4.2 高圍壓下夾層傾角對峰值強度影響 146
5.4.3 高圍壓下孔壓曲線變化規律 147
第6章 粒徑對壩體穩定性影響 150
6.1 壩體組成與尾礦壩穩定性關繫特性 150
6.1.1 計算原理 151
6.1.2 計算模型及土性指標 152
6.1.3 壩體組成對尾礦壩破壞特征影響 152
6.2 壩體沉積結構與尾礦壩穩定性關繫特性 154
6.2.1 壩殼厚度 154
6.2.2 沉積層傾角 156
6.3 壩體固結程度對尾礦壩穩定性影響 157
6.3.1 固結度-強度關繫假設 157
6.3.2 固結度與壩體穩定性關繫 158
6.4 尾礦壩潰壩對環境影響的分析方法 159
6.4.1 潰壩過程洩砂量評估 159
6.4.2 潰壩影響範圍預測 160
6.4.3 潰壩對下遊地區地形與環境影響 161
6.4.4 潰壩預防措施 161
第7章 高應力對壩體穩定性影響 162
7.1 高應力下尾礦強度準則 162
7.1.1 強度包線 162
7.1.2 本構關繫 165
7.2 高應力下細粒夾層尾礦強度準則 166
7.2.1 應力路徑 166
7.2.2 臨界狀態線 167
7.3 高應力下尾礦滲透模型 168
7.3.1 常用滲透模型 168
7.3.2 常用滲透模型擬合分析 170
7.3.3 考慮有效孔隙比修正滲透模型 171
7.3.4 考慮破碎指標修正滲透模型 173
7.4 常應力與高應力下壓縮固結特性比較 174
7.4.1 尾礦顆粒幾何參數 174
7.4.2 孔隙比 178
7.4.3 壓縮指數與次固結繫數 179
7.5 高尾礦壩穩定性分析 180
7.5.1 案例背景 180
7.5.2 穩定性分析 180
第8章 新型築壩工藝對壩體穩定性影響 182
8.1 絮凝劑對尾礦細觀結構影響 182
8.1.1 電子顯微鏡觀測試驗 182
8.1.2 SEM試驗 185
8.2 添加絮凝劑特性試驗 186
8.2.1 一維沉降試驗 186
8.2.2 脫水試驗 189
8.2.3 Zeta電位試驗 190
8.3 絮凝劑對尾礦力學特性影響 191
8.3.1 直剪試驗 191
8.3.2 顆粒分析試驗 192
8.4 絮凝劑對壩體穩定性影響 194
8.4.1 模型構建與參數選取 194
8.4.2 穩定性分析 195
第9章 高應力條件下尾礦力學特性數值模擬 198
9.1 隨機多變形構建 198
9.2 數值模型構建與參數選取 199
9.2.1 數值模型構建 199
9.2.2 細觀參數選取 200
9.3 力學特性模擬 201
9.3.1 非線性強度特征 201
9.3.2 破壞變形特征 202
9.3.3 接觸力鏈演變規律 203
9.3.4 顆粒破碎分析 206
第10章 展望 212
10.1 高應力條件下尾礦力學行為 212
10.2 復雜條件下高尾礦壩穩定性 213
10.2.1 高寒地區超高尾礦壩穩定性 213
10.2.2 細粒高壩穩定性 214
10.2.3 強震條件下高尾礦壩穩定性 214
10.3 超高尾礦壩安全預警 214
參考文獻 216

本書以尾礦物理特征為基礎，以三維重構技術為重要手段，結合室內土工試驗和數值模擬試驗，從沉積規律、粒徑、礦物組分和夾層等角度全面分析尾礦的力學特性。基於新研制的高應力滲透固結試驗儀，分析高應力條件下尾礦滲透和固結特性。基於改進的高應力三軸儀進行尾礦的高壓三軸試驗，深入分析高應力條件下顆粒破碎對尾礦的強度影響。繫統闡述高應力條件、新型築壩工藝對高尾礦壩穩定性的影響。通過數值模擬，模擬高應力條件下尾礦的非線性強度特征、破壞變形特征、接觸鏈演變規律及顆粒破碎規律。本書可供采礦、岩土、地質與環境學科的有關科研人員和工程技術人員參考，也可以作為礦山工程和岩土工程專業研究生的參考書。