随着我国矿产资源开发的迅猛发展，尾矿库作为选矿厂生产设施的重要组成部分，其数量及堆坝高度不断增加，尾矿库安全事故数量亦逐年增长。尾矿库事故中危害最为重大的是坝体破坏失稳，严重威胁着下游居民生命、财产安全及周边环境。无论是采用何种方法分析尾矿坝的稳定性，尾矿材料的物理力学性质均作基础依据而显得尤为重要。同时，尾矿材料的形成以及所处环境非常复杂，构成了其特有的物理力学性质。因此，深入探讨尾矿材料的基础物理力学性质，对于研究尾矿库的稳定性、进一步完善尾矿库设计与管理技术等具有重要的实际意义。本文以云南铜业集团下属铜厂与四川省盐源县平川铁矿排放的不同矿质尾矿为研究对象，通过室内土工试验、细观力学试验以及堆坝模型试验，基于损伤力学、分形理论以及颗粒物质力学理论方法，探讨了影响尾矿材料强度的各种因素、尾矿损伤力学模型、尾矿细观结构分形特征、孔隙水运移特性及对尾矿细观结构作用机理，并结合堆坝模型试验数据，采用颗粒流模拟软件(PFC2D)分析了尾矿坝的变形破坏特征。主要研究成果如下：　　 ①通过室内土工试验，对影响非饱和尾矿抗剪强度的中值粒径、含水率和干密度三种因素进行试验研究，获得了非饱和尾矿抗剪强度参数受各因素影响的变化规律，可为尾矿坝稳定性评价及安全运营管理提供技术支撑。　　 ②自主研发了尾矿细微观力学与形变观测试验装置，该装置所进行的试验能反映尾矿坝体局部应力、孔隙水与孔隙水压力、排水条件等对尾矿细微观结构及颗粒运移的综合影响，为深入探索尾矿材料细微观结构特征及其变形、孔隙水、局部应力等条件对尾矿坝体破坏失稳的影响提供了一种新的试验方法。　　 ③利用室内三轴试验和直接剪切试验，研究了尾矿分层结构或透镜体的宏观力学特性。同时，采用尾矿细微观力学与形变观测试验装置，对尾矿分层结构或透镜体细观结构变形特征及细观力学特性进行了系统研究，从细观角度揭示了尾矿分层结构或透镜体的宏观力学机理。　　 ④根据尾矿材料的力学性质，探讨了其弹塑性力学特性，并结合土体损伤力学理论，提出了适合尾矿材料的弹塑性损伤本构模型。该模型以弹塑性变形描述未损伤阶段，并将颗粒的滑移视为一种损伤，损伤阶段骨架中存在完善联结和滑动联结两种颗粒接触形式。用接触面的滑动取向范围与其所能达到的最大值之比定义损伤变量，可以合理的描述尾矿颗粒骨架结构的损伤状态，物理意义明晰，且基于Mohr-Coulomb准则计算得到的演化规律简单直观。　　 ⑤研究了尾矿材料颗粒质量分形、颗粒几何特征、细观孔隙与骨架颗粒分形特性。并探讨了其颗粒质量分形维数与颗粒分布特征、力学特性和渗透性能的关系，以及受载尾矿细观孔隙分形维数与颗粒分形维数的变化规律，并提出了尾矿细观结构切面孔隙比ep的概念，为定量分析尾矿材料细观结构特征及力学性质提供了一种新的思路与方法。　　 ⑥研究了非饱和与饱和尾矿孔隙水的运移特性及其与颗粒的相互作用机制，提出了尾矿坝体实际浸润线的计算公式，系统探讨了因孔隙水引起尾矿细观结构变形破坏机理及其对尾矿颗粒分布等的影响。　　 ⑦通过尾矿库堆坝模型试验与土工试验，获得了坝体几何模型及尾矿材料力学性质。基于离散元理论，利用颗粒流数值模拟软件(PFC2D)进行双轴数值模拟试验，确定了尾矿材料细观力学参数，并模拟了尾矿坝应力分布特征及结构变形特性。