季节性冻土区由于尾矿砂冻胀融沉的循环作用,使得该区域尾矿坝变形特性和其它地区有所差别。如何以更加科学的方法和手段确保此类地区尾矿坝的安全成为当前亟待解决的问题。采用理论分析、实验室试验和数值计算相结合的研究方法对冻融循环作用下尾矿坝变形特性进行研究。该论文从宏观和细观的角度分别研究不同冻融循环次数下尾矿砂的变形特性及演化规律;通过相似模型实验研究冻融循环次数、冻融温度、冻融时间对尾矿坝变形的影响,并获取尾矿坝关键点的变形规律;建立冻融循环条件下尾矿坝水-热-力三场耦合模型,提出数值解法,并通过与实验结果对比,验证模型的正确性;研究不同冻融循环次数、不同冻结温度条件下尾矿坝的最大冻结深度和位移场分布规律,分析最大变形量与安全系数之间的关系,获取安全系数与随着冻融循环次数增加的定量退化特征;对季节性冻土区的尾矿坝变形控制措施进行研究,为实际工程提供具有参考价值的理论依据。1.不同冻融循环条件下尾矿砂物理力学特性变化规律研究开展尾矿砂室内颗粒分析、含水率、界限含水率、压缩固结、渗透、快剪,十字板剪切及标准贯入实验,获取尾矿砂天然物理和力学性质指标;借助FST-200型冻土三轴试验机,研究不同冻融循环次数条件下尾矿砂压缩模量、渗透性、水分迁移、抗剪强度、粘聚力、内摩擦角的变化规律;采用电镜扫描细观实验,研究不同冻融循环次数条件下尾矿砂细观形态变化及粒径分布规律;提出冻融循环作用下尾矿砂宏观力学特性的细观机制。2.冻融循环作用下尾矿坝变形规律模型试验研究通过自主研发可提供温度场、应力场等多场作用的尾矿坝模型试验箱,开展尾矿坝冻融循环模型实验,得到不同坝坡比,不同浸润线高度,不同冻融温度的尾矿坝变形、内力、孔隙水压力、水分迁移等变化规律;系统研究尾矿坝关键位置处尾矿砂冻融循环后物理力学性质变化规律;引入冻融循环作用下土体综合结构势、冻融结构势,建立冻融循环作用下尾矿坝冻融结构势,实现冻融循环中尾矿坝结构性演化动态评价。3.冻融循环作用下尾矿坝水-热-力耦合模型研究综合考虑能量平衡,热应变,对流热扩散传导能量平衡,热传导等相关法则,同时考虑未冻水含量与温度之间的关系及相变处理等问题,通过尾矿坝渗流场、温度场、应力场等基本方程,建立冻融循环作用下尾矿坝水-热-力耦合模型,研究模型的数值解法,并与模型试验相对比,验证数值解法的正确性,从而证明该模型可以应用在冻融循环作用下尾矿坝的应力及变形规律研究。4.冻融循环作用下尾矿坝变形特性数值模拟研究建立不同工况下尾矿坝冻融循环变形特性的数值模型,研究不同温度和不同冻融循环次数条件下,尾矿坝最大冻结深度、变形场分布及演化规律;基于尾矿坝安全系数与变形间的定量关系,得到冻融循环作用下尾矿坝安全系数的退化规律,在此基础上,进行了安全系数的优化选取;综合冻融循环作用下尾矿坝的变形规律、尾矿砂的物理性质和力学性质参数变化规律,验证研究中得到的相关规律、数学模型、数值模拟的准确性和有效性。5.季节性冻土区尾矿坝变形控制措施研究结合季节性冻土区的实际工程情况,建立符合现场地质条件的尾矿坝三维数值模型,选取适当的计算参数及边界条件,预测冻融循环作用下尾矿坝变形场分布情况及演化规律;运用土工格栅技术对季节性冻土区尾矿坝进行变形控制设计,通过对比加高扩容后的尾矿坝,施加土工格栅前后位移变化趋势及安全系数变化趋势,提出季节性冻土区尾矿坝变形控制的具体措施,为指导现场工程提供理论基础。该论文有图81幅,表54个,参考文献186篇。