膏体充填管输过程中，料浆的不稳定流动容易导致垂直管段出现鸣响振动、磨损断裂等破坏现象。然而，垂直管埋藏于地表和采场之间，其内部料浆的流动行为无法通过传统的仪器仪表直接探测，使得垂直管料浆流动特性成为膏体管输研究领域的“黑箱”问题。论文以全尾砂膏体垂直管自流输送流动行为特征为研究对象，以实现垂直管膏体自流稳定安全输送为目的，主要研究工作及结论包括：

      （1）自主研发了基于电阻层析成像（ERT）的垂直管料浆输送实验系统，开展了ERT可视化垂直管输实验，研究了不同管段、不同浓度、不同管径条件下分相含率、流型、流速和管内压强等流动特性参数的变化规律，提出了一种基于双平面ERT系统的在线流变测试方法。

      （2）基于三维瞬态数值模拟，探究了入口流速（0.5 m/s、1.0 m/s、1.5 m/s）、料浆质量浓度（76%、78%、80%、82%）、管径（40 mm、65 mm）等因素对料浆流动行为的影响规律，提出了垂直管内料浆流型的定义标准和分类依据，确定了垂直管自流输送的主要流型包括垂直分层流、垂直分散流和垂直满管流，其中非满管输送的主要流型是垂直分层流。

      （3）形成了垂直管自流输送的料浆流型判别图和垂直管全流域的流型演化图。不同流型在入口流速、管径和料浆浓度发生改变时相互转化；垂直非满管输送条件下，垂直管底部位置会形成一定高度的满管区域，非满管/满管分界面存在空气与料浆相互搅拌混合的不稳定流动状态。

      （4）探明了垂直分层流条件下料浆断流弥合水锤、空化空蚀等不稳定流动的形成机理，发现了料浆不稳定流动行为的实质是管内压强的急剧变化，提出了垂直分层流峰值速度的计算方法，并以此构建了直接水锤压强、空泡溃灭冲击压强的计算模型，实现了对料浆不稳定流动行为的数学表征。

      （5）考察了不同工程案例垂直管破坏的主要形式，探明了料浆流动行为对垂直管破坏的两种影响机制，一种是料浆轴向流速占据主导时的切削磨损，另一种是料浆径向流速占据主导时的变形破坏。最后，基于调压、增阻的角度提出了垂直管顶部排进气稳压、垂直管底部消能的工程化建议。