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《辽宁工程技术大学》 2004年
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土工织物增强尾矿砂的力学性能研究

王凤江  
【摘要】:在大量科研、生产实践的基础上,系统总结了国内外尾矿坝失稳灾害的经验教训和我国尾矿库运行的特点。利用复合材料力学中有关增强原理,设想采用土工织物增强尾矿砂复合材料改善尾矿坝坝体的力学性能。根据结构组成控制系统力学特性、影响系统演化规律的思想,对不同几何、物理、荷载作用特征下复合材料的力学性能进行了理论分析,建立了相应的强度控制方程及破坏判据;运用室内拉伸、剪切试验,对土工织物的抗拉强度、复合材料界面的摩擦性能、不同增强密度下尾矿砂的变形、强度特性、增强的可行性和效果进行了详细研究、评价。结合数值模拟方法对土工织物增强尾矿砂结构的力学性能进行仿真计算,在此基础上对加筋土技术在尾矿工程中的应用进行了简要分析,主要内容包括: ① 详细分析了土工织物增强土、尾矿砂的的力学特性研究现状和存在的问题。 ② 提出了土工织物增强尾矿砂力学性能研究的内容和研究方法。 ③ 提出了尾矿库系统的概念,并对我国尾矿工程规模和安全上的特点和尾矿库系统的组成特点、尾矿库系统的力学特性及其演化控制变量进行了分析。 ④ 结合尾矿颗粒在平面及竖直面的不同分布特点,分析了土工织物增强尾矿砂复合材料因相几何、相物理以及荷载特征变化对结构力学性能的影响;基于复合材料力学原理,分析了接触面上应力分布的特点;基于弹性理论,推导了剪应力作用下基体与增强之间应力传递的数学方程,建立了上述复合结构的强度理论,并对土工织物沿长度方向的位移、增强结构在振动荷载下的反应特征进行了理论分析。 ⑤ 进行了尾矿砂的静动力学性质试验、土工织物和土工膜的拉伸 WP=5 试验、土工织物增强尾矿砂的三轴压缩试验以及界面的剪切试验。明确了适宜用作复合材料基体的尾矿砂类型(尾细砂和尾中砂),并对不同增强密度下尾矿砂的变形、强度特性以及应变和强度增强效果进行了研究。 ⑥ 基于刚塑性模型,建立了土工织物增强尾矿砂复合结构抗滑稳定性和土工织物拉力的计算公式,对土工织物增强尾矿砂组成的尾矿坝坝坡在静力和地震荷载作用下的稳定性进行了分析计算;指出了不同抗拉强度、不同增强密度条件下坝坡稳定系数的变化规律。 ⑦ 基于非线性弹性、弹塑性力学模型,应用静、动力有限单元法,详细分析了土工织物对尾矿坝应力、变形场的影响;研究了影响土工织物增强效果的主要因素(土工织物的弹性参数、铺设密度、预应变及地基的刚度)以及地震作用下增强后尾矿坝的反应特征。 ⑧ 结合加筋土理论,对尾矿库灾害治理的现状以及新近发展的绿色增强技术的应用进行了分析、探讨,最后指出了土工织物增强尾矿砂结构的施工、检测方法、质量控制参数及应注意的几个问题。
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