尾矿坝固结过程中热—流—固三场耦合机理研究

摘要

尾矿坝是矿山生产中重要设施，其运行状况的好坏不仅涉及到矿山生产的经营管理和效益，更重要的是它将直接危害到人民生命和财产的安全。因此尾矿坝稳定性分析向人们提出了许多急待解决的新问题，其中尾矿坝固结过程的热-流-固耦合已经成为目前的研究热点之一。
　　本文首先从尾矿坝固结的基本理论研究入手，分析了尾矿坝固结渗流的规律、固结过程中的流-固耦合的作用机理并进行两场耦合数学模型的建立及求解。在理论分析的基础上，运用大型有限元模拟分析软件Geostudio，对具体工程-吉山尾矿坝固结过程中的渗流场、位移场以及应力场进行模拟，得到了流-固耦合情况下尾矿坝渗流和应力分布及变化规律，并对所建立的流-固耦合数学模型和机理进行验证。
　　其次在尾矿固结过程中，外界温度以及个别尾矿材料固结放热都会影响坝体温度场的变化。针对尾矿坝固结过程中温度的影响，在流-固耦合的基础上引入温度场，建立了尾矿坝热-流-固三场耦合的数学模型并进行求解。通过有限元软件对吉山尾矿坝工程实例的具体模拟分析，得到尾矿坝三场耦合情况下应力、渗流以及温度场的分布以及变化规律，对所提出流-固耦合以及热-流-固三场耦合的数学模型以及耦合机理进行验证。
　　最后分别对尾矿坝在耦合和未耦合情况进行稳定性计算，从计算结果可知考虑耦合作用下的尾矿坝的安全性是最高的。因此尾矿坝在固结过程中的热-流-固耦合问题的研究对尾矿预报、评估污染的方式、范围、程度，及早采取相应的控防措施以及废料处理手段有着重大的指导意义。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 热-流-固耦合理论的研究综述

1．3 主要研究内容

1．4 技术路线

2 尾矿坝固结过程的理论研究

2．1 固结基本理论

2．2 渗流基本理论

2．3 温度基本理论

2．4 尾矿坝固结渗流规律

2．5 固结渗流参数的敏感性分析

2．6 本章小结

3 耦合分析有限元理论

3．1 有限元数值计算理论

3．2 本构模型的研究

3．3 弹塑性的有限元分析

3．4 本章小结

4 固结过程中流-固耦合机理分析及数值模拟研究

4．1 流-固耦合的作用机理研究

4．2 流-固耦合分析的数学模型

4．3 流-固耦合的有限元解法

4．4 工程实例

4．5 本章小结

5 固结过程中热-流-固三场耦合机理及数值模拟研究

5．1 热-流-固三场耦合的作用机理

5．2 热-流-固三场耦合分析的数值模拟研究

5．3 热-流-固三场耦合的有限元解法

5．4 工程实例

5．5 本章小节

6 结论与展望

6．1 热-流-固三场耦合的主要结论

6．2 本文的研究创新点

6．3 热-流-固三场耦合理论研究的展望

致谢

攻读硕士期间主要成果

参考文献