化学-应力-渗流作用下尾矿坝变形耦合模型研究

摘要

针对尾矿坝体在自然状态下会受到化学溶液、外部载荷和渗流作用影响这一实际情况，分析了尾矿砂化学-应力-渗流耦合作用机理，采用有限差分方法，深入研究了在化学、应力、渗流作用下尾矿砂变形的非线性固结压缩渗透数学模型，并求得数值解。论文主要内容包括以下几点：
　　(1)分析化学环境下尾矿砂变形的主要机理，得出同时受到外部载荷、渗流作用和尾矿放水、酸雨影响的尾矿砂，其化学反应的基本步骤和力学性质、胶结物、强度等性质的改变过程；
　　(2)基于前人的实验结果，得出描述溶液的酸碱性和时间对弹性模量影响的函数，建立了尾矿砂变形的孔隙压力-孔隙率-H+浓度与非线性渗透系数-孔隙率-H+浓度之间的关系式，并确定边界条件，构建考虑化学、应力、渗流作用下尾矿砂的一维非线性耦合数学模型；
　　(3)运用有限差分方法对模型进行离散，得出求解矩阵，用计算软件对离散后的矩阵进行编程求解；进行分析得出：在外部载荷相同的情况下，酸溶液对尾矿砂变形影响最大；在溶液酸碱性相同情况下，外载荷越大，变形达到稳定需要的时间越长。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 目前研究所存在的问题

1.4 论文研究内容、创新点及技术路线

2 尾矿砂化学-渗流-应力耦合机理

2.1 尾矿砂

2.2 多孔介质

2.3 比奥固结方程

2.4 尾矿砂流固耦合作用机理

2.5 尾矿砂应力-化学耦合作用机理

2.6 渗流过程中的化学淤堵问题

2.7 尾矿砂应力-渗流-化学耦合作用机理

2.8 本章小结

3 耦合方程的建立

3.1 基本假设

3.2 耦合模型的基本方程

3.3 三场方程耦合关系的分析

3.4 本章小结

4 数学模型建立并求解

4.1 有限差分方法

4.2 数学模型的建立

4.3 模型的离散化

4.4 编程求解

4.5 计算结果及分析

4.6 本章小结

5 结论

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

附录A 计算程序

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