云南某露天矿山散体物料力学性能及工程应用研究

论文摘要

散体是由彼此相联系的固体颗粒所共同组成的集合体,主要的特征是分散性、复杂性和易变性,它不同于岩石和土壤。其复杂性和易变性主要是指散体是由颗粒和孔隙组成,其力学特性与颗粒大小、形状及分布特征密切相关；在外界荷载作用下,这些参数不同程度的都发生变化,其力学特性也随之改变。本论文以云南某露天矿山为工程背景,针对采场爆破剥离的废弃土石,开展大量的试验研究并分析了该类物质的强度及变形破坏规律。在散体物理力学性质已有的研究基础上,对相关理论成果进行综合比较、分析研究和总结,并借助散体力学与松散介质力学等相关理论,把散体物理力学性质的研究成果融汇成一个较为完善的基础理论体系。通过现场原位测试方法,测定了散体的天然含水率和颗粒级配组成,并利用分形几何理论对散体粒度组成进行了统计和分析。同时对曼家寨排土场堆存的石英片岩、云母片岩、大理岩散体进行了原位剪切试验,分析了其剪切变形破坏的规律。室内剪切试验中,考虑散体组成与三轴试验的复杂性,采用中型直剪试验研究了散体力学特性的变化规律。主要研究了散体在不同级配状态下的剪切强度变化规律,建立了内摩擦角和粘聚力随粗颗粒含量变化的关系以及分维与剪切强度之间的关系。同时设计了较为简易的湿化崩解试验,分析和研究了石英片岩和云母片岩遇水崩解现象和颗粒级配变化特征。结合特定工程实例,对大量堆存状态下的边坡进行数值模拟分析,为具体的工程应用提供有力的指导。

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Abstract

第一章绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 散体力学特性研究现状

1.2.2 直接剪切试验研究的发展及现状

1.2.3 分形几何理论及其在工程应用中的研究现状

1.3 研究的主要内容及方法

1.3.1 研究的主要内容

1.3.2 研究的方法和技术路线

第二章散体物理力学性质理论基础

2.1 散体的连续介质的假定

2.2 散体的结构特征

2.2.1 散体大小形状及表面特征

2.2.2 散体颗粒的堆积形式

2.2.3 散体的密实程度与孔隙指标间的关系

2.2.4 散体的密实度

2.3 散体颗粒组成级配特征

2.4 散体物料的抗剪强度

2.4.1 散体物料抗剪强度特点

2.4.2 散体物料抗剪强度试验仪器

2.4.3 散体的剪切和变形

2.4.4 松散岩土体抗剪强度产生的机理

2.5 本章小结

第三章散体物料现场原位试验研究

3.1 概述

3.2 现场含水率的测定

3.2.1 试验步骤

3.2.2 试验成果整理

3.3 现场试样的颗粒级配测定与分析

3.3.1 筛分测定的方法

3.3.2 超大粒径颗粒处理方法

3.3.3 颗粒粒径的测定结果

3.3.4 散体物料粒度分维计算模型

3.4 现场原位剪切试验

3.4.1 试验方法

3.4.2 试验地点的选择和试样的制备

3.4.3 试验仪器及设备安装

3.4.4 加载控制

3.4.5 试体破坏准则

3.4.6 法向应力计算

3.4.7 剪切应力计算

3.4.8 剪切强度指标确定

3.4.9 试验成果整理及分析

3.5 本章小结

第四章散体物料室内试验研究

4.1 概述

4.2 不同岩性散体室内中型剪切试验

4.2.1 室内直剪试验原理

4.2.2 试样的来源与制备

4.2.3 试验设备与加载准则

4.2.4 室内试验结果与现场试验结果的对比分析

4.2.5 室内直剪试验误差影响因素探讨

4.3 不同级配散体物料力学特性规律研究

4.3.1 散体不同级配组成方案的确定

4.3.2 不同级配试样的制备

4.3.3 不同级配试验成果整理

4.3.4 不同级配散体分维数与剪切强度关系

4.4 散体物料水理特性研究

4.4.1 试验原理与步骤

4.4.2 试验数据统计与分析

4.5 本章小结

第五章散体物料在工程中的应用

5.1 概述

5.2 辣子寨大沟工程地质概况

5.3 辣子寨大沟回填边坡安全系数与结构参数的确定

5.3.1 边坡安全系数的定义

5.3.2 边坡设计（允许）安全系数

5.3.3 回填边坡结构参数的确定

5.4 回填边坡稳定性数值模拟研究

5.4.1 FLAC计算边坡稳定安全系数的基本原理与步骤

5.4.2 建立数值模拟模型

5.4.3 模拟计算结果及分析

5.5 本章小结

第六章结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录A （攻读硕士期间发表的文章及参加的科研项目）

附录B （粗颗粒含量不同状态下称取的试样）

附录C （粗颗粒含量不同状态下试样剪切面形态图）

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