稀土元素被誉为“工业的维生素”,在大量高新科技和材料科学领域具有不可替代的作用,是国家重要的战略资源和大国博弈的重要商品之一。研究人员发现在西太平洋的C-C矿区的深海沉积物泥浆中蕴含大量的稀土元素,具有非常高的开采价值。然而面对深海的高压环境和极限开采条件的限制,传统的采矿学和力学等理论难以解决深部开采出现的技术难题,特别是如何进行运输的问题。目前深海矿产资源开采常用的运输技术是管道输运,然而考虑到深海富稀土沉积物与地面土壤不同,具有高含水率和明显的流动性,这直接影响了稀土矿产资源的开采和沉积物在管道中的输运。目前国内外对于这种深海富稀土沉积物的流变特性及在管道中的流动规律还缺乏系统的研究,故而本文瞄准深海采矿过程中管道运输的研究前沿,针对深海稀土矿开采过程中如何实现流态化运输等问题,对深海富稀土沉积物的流变特性进行研究。基于计算流体动力学（CFD）模拟,分析深海富稀土沉积物在管道中的流动特性,为其应用于我国深海稀土矿开采技术提供重要依据。本文主要取得的研究成果如下:1.针对采自太平洋C-C矿区的深海富稀土沉积物,通过土壤液塑限联合测定仪、比重瓶、激光衍射粒度分析仪、扫描电子显微镜和X射线衍射仪等对深海富稀土沉积物开展物理力学特性和显微结构研究。结果表明深海富稀土沉积物粒径较小,主要由粉粒、黏粒组成,其含量约占全部粒径的83%左右。具有高液限、高塑性、高比表面积。矿物成分主要由石英、方解石、石盐、长石、云母等原生矿物和次生矿物绿石等组成。显微结构主要由链接结构和蜂窝状的片状结构组成。2.使用美国Brookfield公司的RST流变仪对其流变特性和流变行为进行了研究,以模拟集矿机行走剪切深海富稀土沉积物的作用。系统考虑了剪切速率、温度、含水率对样品剪切应力、屈服应力、黏度等流变特性的影响。结果表明深海富稀土沉积物的典型流变曲线大致可以分为三个阶段:固态阶段、固液转化阶段和态阶段,样品在剪切荷载作用下表现出非牛顿流体特性,表观黏度随着剪切速率和剪切时间的增加而下降,引入Herschel-Bulkley模型,建立了考虑样品含水率、温度变化的综合流变模型。与常温条件下相比,在低温环境下沉积物的剪切应力与表观黏度显著提高,表观黏度以及屈服应力随着沉积物的含水率的增加而下降。发现样品静置时间越长,样品屈服应力越大。3.基于计算流体力学（CFD）技术,对深海富稀土沉积物在管道内的输运状态进行模拟,系统探讨了管道直径、入口流速以及流变参数对深海富稀土沉积物在管道内的流动状态和管道压降的影响。结果表明:当进口速度一定时,随着管道直径的增大,管道压降逐渐减小,并且管道直径较小时,压降降低的较快,直径较大时,压降下降的较为缓慢。样品在流动过程中,流速最大位置出现在管道中心处,管壁处速度最小,并且由中心向壁面处减小。4.使用安东帕MCR301流变仪按照频率扫描、振幅扫描的测试方式对深海富稀土沉积物的黏弹性进行了研究,模拟深海富稀土沉积物样品的管道输运。黏弹性测试结果表明:当应变振幅γ（27）0.01时,样品表现出线性黏弹性行为,样品的相位角基本不变;当0.01（27）γ（27）0.1时,G’（29）G",样品表现出以弹性为主的非线性黏弹性行为;当γ（29）0.1时,G’（27）G",样品表现出以粘性为主的非线性黏弹性行为,在非线性黏弹性阶段,相位角随着剪切应变振幅的增大而非线性增大。频率扫描结果发现样品线性黏弹性和非线性黏弹性阶段的临界应变幅值与频率无关,另外,在线性黏弹性区域内,振荡剪切频率对黏弹性模量影响较小,而对复合黏度影响较大。在双对数坐标下,复合黏度随着剪切振荡频率线性下降。5.基于采自太平洋C-C矿区的深海富稀土沉积物,使用分散剂、保水剂、增稠剂等三种不同类型的化学添加剂对样品进行改性,对改性前后样品的流变特性、法向粘连力、触变性和黏弹特性进行了研究。结果发现,与原状土相比,当分散剂-聚羧酸醚的添加比例为1.0%时,经过改性后样品的屈服应力和极限黏度、法向粘连力和法向粘连强度、触变特性、黏弹性模量均下降,样品的流动性大大增强。而经过聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、烷基铵盐以及烷基芳基磺酸盐改性后样品的屈服应力和极限黏度、法向粘连力和法向粘连强度、触变特性、黏弹性模量都随着试剂添加比例的增加而增加,流动性减小,抵抗外力变形的能力增强,不利于沉积物在管道内的流动。