粘弹塑性土工格栅加筋尾矿流变模型研究

分析土工格栅工程力学特性对加筋尾矿结构变形和长期稳定的影响,基于四参数粘弹塑性模型表征土工格栅长期低应力作用下的力学特性,提出了土工格栅加筋尾矿的流变模型,把加筋复合体受力分析分为两个阶段,分别对应尾矿处于弹性状态和塑性状态,将尾矿产生塑性变形的时间(塑性到达时间)作为两个阶段分界点,并给出了两个阶段的加筋复合体本构关系表达式。研究表明:四参数粘弹塑性模型能够准确反映土工格栅的衰减型蠕变和应力松弛特征;第1阶段,筋材中的应力随时间减小,导致尾矿中的微观应力重新分布,直到尾矿达到屈服条件进入第2阶段,筋材的应力开始保持不变,加筋复合体整体应变由于筋材的蠕变而增加;加筋复合体受力快速由第1阶段过渡到第2阶段,第1阶段变形很小,复合体整体应变主要由第2阶段导致;塑性到达时间受到土工格栅模型参数中Kelvin系数和尾矿强度参数内摩擦角的影响显著。

加筋尾矿稳定性及界面剪切模型

为分析加筋尾矿坝的边坡抗滑移稳定性,探讨上覆荷载和尾矿砂含水率对加筋尾矿界面初始剪切刚度的影响,采用土工合成材料直剪拉拔试验摩擦系统,对加筋尾矿开展直剪试验并建立剪切模型,通过拟合试验结果求得初始剪切刚度值。结果表明:在加筋尾矿直剪试验过程中,剪切应力达到峰值后会略有降低;新剪切模型计算出的试验结果接近实际值,初始剪切刚度值误差在1 kPa以内,优于常规剪切模型;随着含水率的增加,初始剪切刚度先增大到峰值,后逐渐减小。当上覆荷载增加到一定值时,初始抗剪刚度将保持稳定。依据试验结果,可求出各组试验的最大初始剪切刚度值,从而判断尾矿坝是否稳定。

加筋尾矿坝的极限平衡分析

运用极限平衡分析原理 ,对土工织物加筋尾矿砂组成的坝体稳定性和加筋效果进行了计算。结果表明 ,土工织物加筋尾矿砂的抗滑稳定系数比不加筋时显著增强。在加筋间距 >0 .4m时 ,筋材提供的抗滑力明显减小。

基于颗粒流程序的加筋尾矿剪切应变带宏细观分析

为研究土工格栅加筋尾矿坝剪切带影响范围,提升尾矿坝整体稳定性,通过对不同含水率和上覆荷载的尾矿砂进行室内直剪试验,从宏细观2种不同角度分析剪切应变带的影响规律。试验结果表明:试验曲线近似呈线性增长,峰值位移出现在20~25 mm之间,上覆荷载与峰值剪切位移呈正比例关系,增长速度逐渐减缓;尾矿砂含水率为3%、7%、11%和15%,尾矿的密度等幅递减2.2%,随着含水率增大,表观黏聚力逐渐增大,界面摩擦角先增大后减小;建立颗粒流程序(PFC)模型精准定位试验箱中位移变化较大区域并进行细观无标点量测分析,剪切应变带影响距离随尾矿砂含水率增加而减小,减少量缓慢降低。

土工格栅加筋尾矿坝的界面力学特性研究

保证尾矿堆放场所的安全,对保护周边生态环境、确保周边人民人身与财产安全具有重要意义。为了给尾矿坝加筋处理选择更为合适的土工材料,选用Paragrid单向聚酯纤维纤塑土工格栅、HDPE-TGDG100高密度聚乙烯土工格栅作为试验土工材料,研究了两者与尾矿坝的界面力学特性,并设计了1个分别使用此2种土工材料的尾矿坝加筋界面力学对比试验,试验中法向应力设置有10、20、30、40 kPa四级。结果显示,在直剪与拉拔试验中,Paragrid格栅与尾矿填料的界面似摩擦角比HDPE-TGDG100格栅的高40.25%与4.57%,Paragrid格栅与尾矿填料的界面似黏聚力分别比HDPE-TGDG100格栅的高54.41%、4.69%。数据表明,Paragrid格栅的力学性能更为优良,采用Paragrid格栅对尾矿坝加筋,工程应用效果更好。该研究的成果对于尾矿坝加筋工程的技术改良具有一定指导作用。