混合赤泥胶结硬化机理研究及其工程应用

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1、混合赤泥胶结硬化机理研究及其工程应用重庆大学博士学位论文学生姓名：冯燕博指导教师：刘东燕教授专业：土木工程学科门类：工学重庆大学土木工程学院二O一五年六月StudyoncementingandhardeningmechanismandengineeringapplicationofmixedredmudAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDoctor’sDegreeofEngineeringByFengYanboSupervised

2、byProf.LiuDongyanSpecialty：CivilEngineeringCollegeofCivilEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaJune,2015中文摘要摘要赤泥是铝土矿经各种物理化学处理，制取氧化铝后所剩余的一种黄色或褐色粉泥状、高含水量的强碱性固体废料。由于赤泥的强碱性，使其重复利用受到限制，露天筑坝堆存是我国现处理赤泥的主要措施。随着制铝工业的大发展，赤泥量不断增加，现有的赤泥库库容已经达到饱和，修建新的赤泥库又受到各种限制，就需要利用现有坝体继续向上堆存新产赤泥。

3、这就需要我们研究新堆载赤泥在堆存过程中的物理化学特性、力学特性和水力学特性的变化规律，为利用现有赤泥堆场继续安全向上堆存提供一定的理论依据。论文在贵州省教育厅《赤泥堆载固结特性理论及试验研究》黔科教(2011)007号项目的支持下，选用中国铝业贵州分公司生产的烧结法赤泥和拜耳法赤泥按照配合比1:1混合的混合赤泥为试验试样，对混合赤泥进行了室内常规试验及微观分析试验，以确定混合赤泥在堆存过程中其物理力学特性、微观结构组成及水力学特性的变化规律，并以此为基础，提出了混合赤泥结构性定量化参数mc的计算公式，修正了邓肯-张模型，完成了在不同降雨工况下、不同堆存

4、高度混合赤泥堆体的稳定性分析。论文针对贵州铝厂赤泥堆存特点，对以下内容进行了研究：（1）在充分了解贵州铝厂堆存历史和堆场水文地质条件的基础上，选取了符合试验目的、具有代表性的烧结法赤泥、拜耳法赤泥和两者按照配合比1:1混合的干法堆存的混合赤泥。并通过无侧限抗压强度试验和三轴剪切试验（CD）测定了干法混合赤泥在自然风干、浸水浸泡、非饱和-饱和干湿循环三种工况条件下随着堆存龄期的增长，其抗压强度和抗剪强度指标的变化规律。为了突出混合赤泥的工程特性的特殊性，同时研究了拜耳法赤泥和烧结法赤泥的强度特性。（2）通过X射线荧光光谱分析（XRF）、X射线衍射（XRD

5、）、扫描电子显微镜（SEM）等微观测试手段分析了自然风干混合赤泥试样在5个龄期化学成分、矿物组成和微观结构的变化情况，揭示了混合赤泥胶结强度形成的微观机理。同时在分析了混合赤泥胶结强度形成的物理化学反应的基础上，通过对混合赤泥浸泡不同类型、不同浓度的酸溶液，研究了碳酸钙矿物质对混合赤泥胶结强度形成的作用机理。（3）利用非饱和土瞬态水力特性循环试验系统研究了烧结法赤泥、拜耳法赤泥和混合赤泥的水力学特性，得到了三者的土-水特征曲线（SWCC）和水力传导率特性曲线（HCFC），并从微观角度分析了三种赤泥不同滞后效应产生的微观机理，为研究赤泥堆体在降雨条件下的

6、稳定性提供一定依据。I重庆大学博士学位论文（4）在通过三轴剪切试验得到混合赤泥不同工况、不同龄期应力-应变曲线的基础上，提出了非饱和混合赤泥的结构性参数mc，建立了适用于非饱和混合赤泥含结构性参数的邓肯-张修正模型，得到了邓肯-张模型基本参数Kc、nc、cc、φc与龄期t的拟合关系式，建立了切线弹性模量Ect与龄期t的关系表达式，并通过反算验证了结构性本构关系的正确性。（5）利用加拿大GEO-SLOPE公司开发的GeoStudio系列有限元软件SLOPE/W、SEEP/W和SIGMA/W三个模块对不同降雨条件下、不同堆存高度的混合赤泥堆体的稳定性进行了

7、耦合分析，对赤泥堆体在三种不同降雨工况下，堆体高程分别为1380m、1390m时的安全系数进行了计算。关键词：赤泥，胶结硬化，结构性，本构关系，稳定性II英文摘要ABSTRACTRedmudisakindofyelloworbrownslimypowder,withhighwatercontentofstrongalkalinesolidwastethatproducedfrombauxitedonewithvariousphysicalandchemicalmethodstoextractalumina.Thestrongalkalinemakesr

8、edmud’sreuserestricted,inourcountry,themainmeas