尾矿是由选厂排放的尾矿矿浆经自然脱水后形成的固体废料，其处理方式是人工构筑尾矿库。近年来，随着矿产资源的大量开发，需要被堆积的尾矿逐年增多，再加之土地资源紧张，致使尾矿坝向高堆尾矿坝发展。坝内应力水平随着坝体高度的增加而增大。高应力下土体的力学特性伴随着非线性。不断增多的高势能风险源，对周围环境及人身财产安全提出了更高的要求。此外中国大部分尾矿库采用湿法堆积构建尾矿库，在水力沉积过程中常形成粗细颗粒分层或透镜体结构，这些结构体分布状况和力学性质弱化了尾矿坝的稳定性。使得高堆尾矿坝体稳定性安全隐患问题更加突出。因此，开展高应力条件下夹层尾矿力学行为与颗粒破碎效应研究对于新建高堆尾矿库或扩容现有尾矿库具有重要的指导意义。本文针对高堆尾矿坝体的非均质赋存规律，基于土力学、颗粒破碎理论，将试验研究和数值计算手段相结合，以及采用相关的数学与力学分析方法。开展了夹层异质力学特性对尾矿力学特征影响研究和高应力下尾矿颗粒破碎特征研究。得到的主要结论如下：
　　(1)提出了一种倾斜分层尾砂试样制备方法，制备了含倾斜细粒夹层的尾矿试样。开展了含夹层尾矿试样的固结不排水试验，研究了常压、高压下夹层异质力学特性对尾矿力学特征的影响，获得了含夹层尾矿试样强度随夹层倾角增大而减小。对比了常压与高压下的试验结果，分析了由应力因子产生的异同特征。
　　(2)根据摩尔库伦理论，阐释了含大倾角夹层试样易发生失稳的原理，对试验结果进行了验证。从粗、细颗粒大小及形态角度出发，说明了细粒尾矿力学性能是弱于粗颗粒的。根据含夹层尾矿的变形模式，从机制角度分析了含夹层尾矿的控制因素可分为三类。
　　(3)采用柔性伺服原理，实现了围压的柔性伺服。开展了不同倾角细粒夹层试样的数值试验，研究了夹层倾角对尾矿宏细观力学行为的影响。重点从细观上对比分析了不同倾角夹层对尾矿变形模式，并采用傅立叶级数定量化的表征了接触组构的分布特征。发现了大倾角夹层试样接触主方向产生了定向偏斜效应，偏斜方向为夹层面的法向方向。
　　(4)采用标识颗粒方法定性化的研究了尾矿破碎特征，总结得出了尾矿的破碎模式主要是破碎和研磨两种形式共同存在。分析了现有颗粒破碎指标的优缺点，得出了Hardin提出的Br和Einav提出的Br?更为合理。从能量观点出发，提出了采用BET测试颗粒比表面积定量化表征颗粒破碎指标。
　　(5)采用随机多变形原理，构建了不规则可破碎的尾矿柔性簇颗粒单元。提出了采用剪切破碎带表征试样破坏变形的新手段。利用声发射技术监测手段，研究了尾矿颗粒破碎过程中微裂纹演变规律。基于热力学第一定律，分析了尾矿颗粒破碎过程中破碎能的演变特征。尾矿颗粒破碎量随围压的增大而增大，但增长趋势是逐渐减弱的。当围压达到某个极值时，试样的破碎量将不会增加，级配将达到一个稳定的状态。