高应力条件下尾矿力学行为和声发射特征探究
发布时间：2023-05-07 03:39
矿产资源需求量的不断增大以及土地资源的限制使用,可以预见高堆尾矿库的数量会越来越多;与此同时,选矿设备和工艺的进步使得尾矿细粒化程度加剧。尾矿坝内应力随着坝体高度的上升而增大,尾矿颗粒的细化和高应力环境对尾矿库的稳定性具有重大影响。以往对尾矿力学行为的研究基本上都是采用均质材料,常规压力,对于高应力下细粒尾矿力学行为的系统性研究较少。因此,本文针对大型高尾矿坝高应力的特点,通过完善高应力下尾矿力学行为室内实验体系,结合室内试验与理论分析开展高应力尾矿力学行为及声发射特征的系统性研究。主要研究内容和结论如下。(1)通过对试验尾矿进行三轴压缩、粒度测试、微观扫描、显微图像处理等试验,分析了尾矿粒径分布、矿物成份和颗粒特征,基于非线性数学模型描述了尾矿细观结构,揭示了高应力下尾矿强度演化机理,构建了高应力下的尾矿强度准则。(2)基于Einav提出的修正的相对破碎概念*,对比分析试验前后尾矿颗分试验结果,得到了尾矿颗粒破碎演化规律和分形特征,揭示了尾矿颗粒破碎机理,构建了适用于高应力下细粒尾矿颗粒破碎的预测模型。(3)对比分析不同应力环境下尾矿偏应力-应变关系,基于高应力下尾矿强度准则,提出了...
【文章页数】：163 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题来源
1.2 研究背景与意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 尾矿物理力学特性研究现状
1.3.2 颗粒破碎研究现状
1.3.3 尾矿本构模型研究现状
1.3.4 岩土特征点研究现状
1.3.5 岩土材料声发射技术研究现状
1.4 研究内容及技术路线
1.4.1 高应力下细粒尾矿强度特性研究
1.4.2 高应力下细粒尾矿破碎机理研究
1.4.3 高应力下细粒尾矿本构模型研究
1.4.4 高应力下细粒尾矿破坏启动点研究
1.4.5 高应力下尾矿三轴剪切声发射特征探究
1.4.6 技术路线
第二章 尾矿基本物理力学特性
2.1 概述
2.2 尾矿粒径分布
2.2.1 粒径分析试验
2.2.2 颗粒分布描述
2.2.3 尾矿分类
2.3 尾矿矿物成分
2.3.1 分析方法
2.3.2 尾矿矿物分析试验
2.3.3 试验结果分析
2.4 尾矿颗粒特征
2.4.1 分析方法
2.4.2 颗粒形貌特征研究
2.4.3 颗粒特征测试
2.4.4 试验结果分析
2.5 高应力下尾矿应力-应变特性
2.5.1 三轴剪切试验
2.5.2 试验结果分析
2.6 高应力下尾矿强度特性
2.6.1 常规应力下尾矿强度准则
2.6.2 高应力下尾矿强度准则
2.6.3 多因素影响下强度变化规律
2.7 本章小结
第三章 高应力下细粒尾矿颗粒破碎研究
3.1 概述
3.2 尾矿颗粒破碎试验
3.2.1 试验方案
3.2.2 制样过程颗粒破碎分析
3.2.3 剪切过程颗粒破碎分析
3.3 尾矿颗粒破碎描述
3.3.1 颗粒破碎的描述方法
3.3.2 尾矿颗粒破碎量化表征
3.4 尾矿颗粒破碎分形特征研究
3.4.1 颗粒破碎分形模型
3.4.2 尾矿颗粒破碎分形描述
3.4.3 分形维数与破碎率Br
*关系
3.5 尾矿颗粒破碎宏观机理分析
3.5.1 水对颗粒破碎程度的影响
3.5.2 压实度对颗粒破碎的影响
3.5.3 围压对颗粒破碎的影响
3.5.4 多因素影响下尾矿颗粒破碎机理
3.6 尾矿颗粒破碎预测模型
3.6.1 剪切过程中破碎参量
3.6.2 临界状态破碎参量
3.6.3 模型参数确定
3.6.4 预测模型应用
3.7 本章小结
第四章 高应力下细粒尾矿本构模型
4.1 概述
4.2 理论模型选取
4.3 非线性弹性模型
4.3.1 Green超弹性模型
4.3.2 Cauchy弹性模型
4.3.3 次弹性模型
4.4 Duncan-Chang模型
4.4.1 Duncan-Chang模型
4.4.2 模型参数研究
4.4.3 Duncan-Chang模型的改进
4.5 细粒尾矿本构模型
4.5.1 模型构建
4.5.2 模型参数的确定方法
4.5.3 模型验证及效果评价
4.6 本章小节
第五章 高应力下细粒尾矿破坏启动点研究
5.1 概述
5.2 岩土损伤力学基本理论
5.2.1 损伤变量
5.2.2 等效性假设
5.2.3 热力学定律
5.2.4 状态方程
5.2.5 演化方程
5.3 尾矿损伤力学模型
5.3.1 尾矿力学特性
5.3.2 尾矿剪胀演化机理
5.3.3 尾矿力学模型
5.3.4 尾矿损伤演化方程
5.4 尾矿破坏启动点
5.4.1 破坏启动点的定义
5.4.2 尾矿剪切带的形成过程
5.4.3 幂函数型应变局部化理论的解析
5.4.4 高应力下尾矿破坏启动点
5.4.5 破坏启动点的合理性验证
5.5 高应力下尾矿破坏启动点与广义特征点相关性探究
5.5.1 高应力下尾矿损伤演化分析方法构建
5.5.2 高应力下尾矿弹性模量确定
5.5.3 高应力下尾矿弹性段泊松比确定
5.5.4 高应力下尾矿广义特征点及其物理含义
5.5.5 高应力下尾矿破坏启动点与广义特征点的相关性
5.6 本章小节
第六章 高应力下尾矿三轴剪切声发射特征探究
6.1 概述
6.2 尾矿声发射试验
6.2.1 试验设备
6.2.2 试验方案
6.3 尾矿声发射基本参数特征
6.3.1 高低频通道的定义
6.3.2 声发射撞击特征
6.3.3 声发射能量特征
6.3.4 尾矿声发射信号产生机制
6.4 尾矿声发射r值研究
6.4.1 声发射r值定义
6.4.2 声发射r值特征
6.5 尾矿声发射RA值研究
6.5.1 声发射RA值定义
6.5.2 声发射RA值特征
6.6 破坏启动点的声发射信号频段特征
6.6.1 小波包声发射信号频段分解
6.6.2 声发射信号各频段能量表征
6.6.3 破坏启动点及相邻点频段能量分布规律
6.7 破坏启动点的声发射信号分形特征
6.7.1 声发射能量分形维数计算
6.7.2 分形维值结果分析
6.8 本章小节
第七章 结论与展望
7.1 主要结论
7.2 主要创新点
7.3 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间的研究成果
本文编号：3810198
【文章页数】：163 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题来源
1.2 研究背景与意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 尾矿物理力学特性研究现状
1.3.2 颗粒破碎研究现状
1.3.3 尾矿本构模型研究现状
1.3.4 岩土特征点研究现状
1.3.5 岩土材料声发射技术研究现状
1.4 研究内容及技术路线
1.4.1 高应力下细粒尾矿强度特性研究
1.4.2 高应力下细粒尾矿破碎机理研究
1.4.3 高应力下细粒尾矿本构模型研究
1.4.4 高应力下细粒尾矿破坏启动点研究
1.4.5 高应力下尾矿三轴剪切声发射特征探究
1.4.6 技术路线
第二章 尾矿基本物理力学特性
2.1 概述
2.2 尾矿粒径分布
2.2.1 粒径分析试验
2.2.2 颗粒分布描述
2.2.3 尾矿分类
2.3 尾矿矿物成分
2.3.1 分析方法
2.3.2 尾矿矿物分析试验
2.3.3 试验结果分析
2.4 尾矿颗粒特征
2.4.1 分析方法
2.4.2 颗粒形貌特征研究
2.4.3 颗粒特征测试
2.4.4 试验结果分析
2.5 高应力下尾矿应力-应变特性
2.5.1 三轴剪切试验
2.5.2 试验结果分析
2.6 高应力下尾矿强度特性
2.6.1 常规应力下尾矿强度准则
2.6.2 高应力下尾矿强度准则
2.6.3 多因素影响下强度变化规律
2.7 本章小结
第三章 高应力下细粒尾矿颗粒破碎研究
3.1 概述
3.2 尾矿颗粒破碎试验
3.2.1 试验方案
3.2.2 制样过程颗粒破碎分析
3.2.3 剪切过程颗粒破碎分析
3.3 尾矿颗粒破碎描述
3.3.1 颗粒破碎的描述方法
3.3.2 尾矿颗粒破碎量化表征
3.4 尾矿颗粒破碎分形特征研究
3.4.1 颗粒破碎分形模型
3.4.2 尾矿颗粒破碎分形描述
3.4.3 分形维数与破碎率Br
*关系
3.5 尾矿颗粒破碎宏观机理分析
3.5.1 水对颗粒破碎程度的影响
3.5.2 压实度对颗粒破碎的影响
3.5.3 围压对颗粒破碎的影响
3.5.4 多因素影响下尾矿颗粒破碎机理
3.6 尾矿颗粒破碎预测模型
3.6.1 剪切过程中破碎参量
3.6.2 临界状态破碎参量
3.6.3 模型参数确定
3.6.4 预测模型应用
3.7 本章小结
第四章 高应力下细粒尾矿本构模型
4.1 概述
4.2 理论模型选取
4.3 非线性弹性模型
4.3.1 Green超弹性模型
4.3.2 Cauchy弹性模型
4.3.3 次弹性模型
4.4 Duncan-Chang模型
4.4.1 Duncan-Chang模型
4.4.2 模型参数研究
4.4.3 Duncan-Chang模型的改进
4.5 细粒尾矿本构模型
4.5.1 模型构建
4.5.2 模型参数的确定方法
4.5.3 模型验证及效果评价
4.6 本章小节
第五章 高应力下细粒尾矿破坏启动点研究
5.1 概述
5.2 岩土损伤力学基本理论
5.2.1 损伤变量
5.2.2 等效性假设
5.2.3 热力学定律
5.2.4 状态方程
5.2.5 演化方程
5.3 尾矿损伤力学模型
5.3.1 尾矿力学特性
5.3.2 尾矿剪胀演化机理
5.3.3 尾矿力学模型
5.3.4 尾矿损伤演化方程
5.4 尾矿破坏启动点
5.4.1 破坏启动点的定义
5.4.2 尾矿剪切带的形成过程
5.4.3 幂函数型应变局部化理论的解析
5.4.4 高应力下尾矿破坏启动点
5.4.5 破坏启动点的合理性验证
5.5 高应力下尾矿破坏启动点与广义特征点相关性探究
5.5.1 高应力下尾矿损伤演化分析方法构建
5.5.2 高应力下尾矿弹性模量确定
5.5.3 高应力下尾矿弹性段泊松比确定
5.5.4 高应力下尾矿广义特征点及其物理含义
5.5.5 高应力下尾矿破坏启动点与广义特征点的相关性
5.6 本章小节
第六章 高应力下尾矿三轴剪切声发射特征探究
6.1 概述
6.2 尾矿声发射试验
6.2.1 试验设备
6.2.2 试验方案
6.3 尾矿声发射基本参数特征
6.3.1 高低频通道的定义
6.3.2 声发射撞击特征
6.3.3 声发射能量特征
6.3.4 尾矿声发射信号产生机制
6.4 尾矿声发射r值研究
6.4.1 声发射r值定义
6.4.2 声发射r值特征
6.5 尾矿声发射RA值研究
6.5.1 声发射RA值定义
6.5.2 声发射RA值特征
6.6 破坏启动点的声发射信号频段特征
6.6.1 小波包声发射信号频段分解
6.6.2 声发射信号各频段能量表征
6.6.3 破坏启动点及相邻点频段能量分布规律
6.7 破坏启动点的声发射信号分形特征
6.7.1 声发射能量分形维数计算
6.7.2 分形维值结果分析
6.8 本章小节
第七章 结论与展望
7.1 主要结论
7.2 主要创新点
7.3 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间的研究成果
本文编号：3810198
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