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水 利 学 报

2021 年 11 月 SHUILI XUEBAO 第 52 卷 第 11 期

文章编号：0559-9350（2021）11-1295-14

高应力条件下循环球-偏应力耦合作用对饱和

尾粉砂动力特性影响分析

刘俊新 1，2，3 ，袁槐岑 ，张 超 ，张建新 ，刘育田 ，王光进 4
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（1. 西南科技大学 工程材料与结构冲击振动四川省重点实验室，四川 绵阳 621010；
2. 西南科技大学 土木工程与建筑学院，四川 绵阳 621010；
3. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，湖北 武汉 430071；
4. 昆明理工大学 国土资源工程学院，云南 昆明 650093）

摘要：受地震作用影响，细粒化高堆尾矿的潜在安全隐患愈加突出。为了探究地震荷载作用对饱和尾粉砂动力特
性的影响规律，开展了一系列的循环球应力与循环偏应力的动三轴试验来模拟地震荷载产生的复杂应力条件。系
统地研究了在高应力条件下循环球-偏应力耦合作用对饱和尾粉砂累积孔压和累积塑性应变的发展特性。试验结
果表明：在单纯循环球应力作用下，饱和尾粉砂产生的累积孔压不足以引起试样发生破坏；与单纯循环偏应力相
比，循环球-偏应力的耦合会抑制累积孔压与累积塑性应变的发展。通过对试验结果的分析，建立了满足高应力
条件下的饱和尾粉砂累积孔压耦合经验增长模型；同时，并从有效应力路径、颗粒破碎和塑性应变机理的角度揭
示了循环球-偏应力的耦合机制。这些研究可为我国的细粒化高堆尾矿坝的抗震研究提供一定的参考。
关键词：高应力；循环球应力；循环偏应力；耦合作用；尾粉砂
中图分类号：TU411 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20210431

1 研究背景

随着我国经济发展，每年在化工、冶金等领域的生产过程中会产生大量的废弃尾矿，其中大部
分以上游筑坝工艺堆积在尾矿库中。由于选矿技术的进步以及工业发展对矿石需求的增加，我国的
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尾矿坝逐渐往细粒化高堆尾矿坝方向发展，如德兴铜矿 4 号尾矿坝 。杨春和等 分析了高应力条件
下尾矿的细观结构和宏观力学特性，揭示了我国高堆尾矿坝存在着很大的安全隐患。同时，我国地
处环太平洋地震带与地中海-喜马拉雅山地震带，受其影响我国地震活动频繁。因此，对于研究在高
应力条件下地震荷载对饱和尾粉砂动力特性的影响具有十分重要的社会价值。
在研究应力时，可以将应力分解为球应力张量与偏应力张量，而土体发生的体应变和偏应变与
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球应力张量和偏应力张量都存在密不可分的关系 。大量的学者基于试验数据证明，球应力与偏应力
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的耦合作用对土体的静力学特性 ［4-5］ 和动力学特性 ［6-8］ 均会产生影响。王军等 研究发现循环球-偏应
力的耦合会对其有效应力路径产生影响，使得饱和软黏土的最大动孔压与最小动孔压表现出不同的
发展规律，并提出了计算在恒定围压和变围压动三轴试验的残余孔压的方法。谷川等 ［10］ 通过对温州
地区软黏土进行了一系列的循环围压动三轴试验发现，循环球-偏应力的耦合会影响动应变的发展速
度，这种影响跟相位差与循环应力比有关，并从总应力与有效应力的角度解释了循环球应力与循环
偏应力作用对土体动应变的发展影响。陈存礼等 ［11-12］ 分别研究了单纯球应力和单纯偏应力往返作用下

收稿日期：2021-05-11；网络首发时间：2021-11-02
网络首发地址：http：/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20211101.1625.001.html
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基金项目：“十三五”国家重点研发计划项目（2017YFC0804600）
作者简介：刘俊新（1976-），博士，教授，主要从事岩土力学与土体稳定性评价研究。E-mail：ljx0614@126.com
通讯作者：袁槐岑（1997-），硕士生，主要从事土体稳定性研究。E-mail：1325041707@qq.com
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