基于正交试验的岩层相似材料配比研究

为获得不同密度和力学强度的相似材料配比,选用石膏、碳酸钙及河砂3种原材料配置低强度相似材料,设置水量为1/7、1/9,测试了试件的物理力学等指标参数。试件的破坏形态主要呈现剪切破坏和劈裂破坏;水量为1/9和1/7的试件抗压强度分别为30.7～357.3 kPa、46.4～426.2 kPa,可以满足不同配比下岩层相似材料的力学要求。当水量为1/9时,碳酸钙:石膏质量比是影响相似材料单轴抗压强度的主要因素;当水量为1/7时,砂胶比是影响相似材料单轴抗压强度的主要因素。实验结果为煤层开采相似材料模拟试验提供了理论依据。     

矿渣粉掺量对高水材料物理力学性能的影响研究

为了降低高水材料充填体成本、提高充填体强度,并有效开发利用矿山工业固体废弃物,开展了掺入有活性成分的矿渣粉对高水材料浆液和充填体物理力学性能及晶体微观结构影响的试验研究。结果表明,随着矿渣粉掺量增加,浆液初凝时间缩短,试件的含水率降低、容重增大,且含水率与峰值抗压强度及容重与峰值抗压强度均具有较好的二次相关关系;随着矿渣粉掺量的增加,试件的峰值抗压强度与残余强度均先减小后增大,掺量为10%时,峰值抗压强度与残余强度均达最小值;从材料的微观结构可以看出,矿渣粉的掺入促进了钙矾石晶体和硅酸钙凝胶的生长发育,改变了晶体发育形貌及网状结构形态。在试验掺量范围内,掺加20%的矿渣粉可使试件晶体空间网状结构最为致密,在宏观上表现为峰值抗压强度达最大值。     

聚丙烯纤维加筋铁尾矿砂的宏/微观结构特性分析

为研究聚丙烯纤维对聚丙烯纤维加筋铁尾矿砂的抗剪性能、抗压性能和宏/微观结构特性的影响，使用抗剪强度确定其抗剪性能，用无侧限抗压强度确定其抗压性能，并采用宏观破坏和扫描电子显微镜（SEM）微观分析相结合的方法，评价纤维加筋尾矿砂的结构变化。试验研究了纤维掺量和含水率对尾矿砂试件的影响，结果表明：纤维是影响试件抗剪强度和单轴抗压强度的重要因素，且增强效果主要取决于筋/砂之间界面的摩擦和黏结。直剪和无侧限抗压强度试验最佳的纤维含量是0.3%，最佳的含水率为12%。此外，宏观结构破坏分析和SEM微结构试验表明：聚丙烯纤维的作用主要是桥接裂纹，通过筋/砂界面的摩擦和黏结抵消外力，以达到提高强度的目的。     

黄土改性与机理研究

为解决黄土地区因黄土本身的易崩解和抗水性能差而无法满足各类水利工程建设的问题,采用G2固化剂对黄土进行改性,通过静水崩解与吸水率、无侧限抗压强度、抗冻融循环试验来研究固化剂对黄土的改性效果。结果表明,G2固化剂均能改善黄土的工程性质,黄土改性后强度指标和水稳性优于黄土本身;固化黄土的强度特性受龄期影响明显,随着龄期的增长,抗压强度相应提升;经固化剂改性后黄土的强度受吸水率影响,改性黄土的强度随吸水率增加而减小;G2改性黄土的软化系数在0.8以上,冻融循环30次后改性黄土仍具有较高的强度,试件的整体性良好。研究结果可为黄土地区渠道、土坝护坡、边坡等工程的加固改良提供依据和指导。     

黄土对风积砂质高浓度胶结充填材料性能的影响

为了探讨黄土对风积砂质高浓度胶结充填材料性能的影响,采用含水率试验、坍落度试验和单轴抗压强度试验研究了黄土掺量为0~29.4%的高浓度胶结充填材料各龄期结石体含水率、抗压强度和坍落度的变化规律。结果表明:充填材料结石体3、7、14 d龄期的含水率随着黄土掺量的增加而增加;黄土的添加不会显著降低风积砂质高浓度充填材料的强度,而且随着黄土含量的增加以及龄期的增长,充填材料的强度会逐渐增长,最终呈现少量的提高;添加0~11.8%的黄土对材料的流动性影响不大,但掺量超过11.8%时材料的流动性能急剧下降。     

新型珍珠岩混凝土砌块砌体力学性能研究

新型珍珠岩混凝土砌块由岩棉、珍珠岩、水泥、骨料等材料制作而成,其具备抗压强度高、自重轻、热工性能好等优点。本文通过制作珍珠岩混凝土砌块砌体抗剪试件、抗压试件和墙体轴心受压试件,进行砌体抗剪强度及墙体轴心受压试验,得到相关试验值并分析其特征。结果表明:新型珍珠岩混凝土砌块砌体沿通缝抗剪试验破坏面位于砌块与灰缝砂浆交接处,其抗剪强度一方面取决于砌块与砂浆的黏结面积大小,另一方面取决于灰缝砂浆的黏结强度;其墙体轴心受压破坏特征与普通混凝土砌块墙体轴心受压破坏特征基本一致。研究成果可为实际工程应用提供理论依据。     

碱激发赤泥基可控低强度材料的制备与性能研究

以赤泥、粉煤灰以及矿粉为原材料,NaOH 为激发剂、聚羧酸减水剂为分散剂制备了可控低强度材料,研究了不同赤泥、粉煤灰配比下材料的工作性能和力学性能。当赤泥与粉煤灰的质量比为 2 ∶ 1、矿粉的掺量为 10%, NaOH 掺量为 1. 5%时,拌合物流动度最高为 236 mm,试件 28 d 的无侧限抗压强度最大为 6. 5 MPa,满足可控低强度材料的规范要求。利用 XRD、FTIR、SEM 探究了可控低强度材料的矿物组成、微观结构,结果发现赤泥、粉煤灰以及矿粉在 NaOH 作用下水化形成了 C—S—H、钙矾石(AFt)以及少量水化硫铁酸钙、C₄AF;材料的强度发展与水化产物的絮状、蜂窝状以及片状结构密切相关。研究结果为工业固废在可控低强度材料领域的规模化应用提供了新的技术途径。     

煤岩体的低强度相似材料正交配比试验研究

 本文采用正交试验的方法对煤岩体的低强度相似材料配比进行研究。选用砂子、碳酸钙、石膏配制满足煤岩体力学性质的低强度相似材料。砂胶比、胶结物比例和容重对相似材料的单轴抗压强度均有较显著影响。对试验结果的分析表明,能够利用试验结果的回归曲线方程对给定单轴抗压强度数值的低强度相似材料进行较准确的配比选择。     

低强度相似材料性能指标双因素方差分析

为了研究低强度相似材料性能与相似材料配比因素之间的关系,根据相似材料配比试验结果,确定了上横山矿床硅质页岩、含钒页岩和炭质页岩相似材料的合理配比,分别为8(37)、9(64)、10(37),通过双因素方差分析方法,重点分析相似材料配比因素中砂胶比和水膏比两个因素对低强度相似材料性能指标的影响。试验结果表明,砂胶比对相似材料的密度、单轴抗压强度、弹性模量和泊松比均有高度显著影响;水膏比对材料的密度和弹性模量有高度显著影响,而对材料的泊松比影响不显著。通过双因素方差分析确定对低强度相似材料力学参数影响较显著的因素,进而控制相似材料参数,避免了选择低强度相似材料的误选、误判,有利于提高试验效率。     

镍渣胶结充填体动静加载状态下的强度特性

对水淬二次镍渣胶结的充填体试件进行了动静加载状态下的强度特性试验研究。研究结果表明:随着胶砂比的增大,充填体试件的静态抗压强度和动态抗压强度都有不同程度的提高;但在动态加载状态下,充填体试件的抗压强度明显高于静态条件;在胶砂比为1∶4时,充填体28d的抗压强度,动态加载条件下比静态加载条件下高57%,抗拉强度高72%,动态抗剪强度高127%。在动态荷载条件下,充填体试件抗拉强度和抗剪强度的增加趋势相比抗压强度增加更为明显。     

基于分形维数的三轴压缩下泥质粉砂岩力学特性研究

为研究不同应力环境下泥质巷道围岩的变形破坏特征，选取典型泥质粉砂岩岩样，开展了三轴剪切试验，获得了不同主应力加载速率和围压下泥质粉砂岩的应力应变曲线。并采用FLAC3D数值模拟软件对三轴剪切试验结果进行验证，发现增大试验机主应力加载速率以及围压均能提高岩石试件抗压强度。同时，通过收集岩样碎屑，采用“粒度-数量”分形维数研究方法，分析了岩样的破坏规律。发现主应力加载速率、围压越大，试件破坏程度越低，碎屑分形维数值就越小。以上结果表明，主应力加载速率和围压能够有效减缓岩石试件的裂纹扩展速度，减缓岩石试件损伤的发展，增强其抗压强度，同时降低试件破坏后所表现出的破碎性。     

聚合物改性煤矸石粉煤灰混凝土性能研究

为探讨聚合物对大掺量煤矸石粉煤灰混凝土性能的影响,制备不同掺量苯乙烯、191#UP和196#UP 3种聚合物改性大掺量煤矸石粉煤灰混凝土试件,进行抗压强度、抗折强度、碳化性能试验研究。结果表明,3种聚合物的加入均提升了混凝土试件抗压强度,且应控制掺加191#UP和196#UP的量在10%左右;掺加3种聚合物的混凝土试件抗折强度都有明显提高,折压比也呈增长趋势,测得掺191#UP和196#UP混凝土的韧性比掺苯乙烯的性能优越;混凝土试件的碳化深度随着聚合物掺量的增加而逐渐减小,说明聚合物可以改善混凝土的碳化性能,并且随着聚合物的增加,改善效果越明显。试验表明,适量掺入聚合物可以改善大掺量煤矸石粉煤灰混凝土的抗压强度、抗折强度及碳化性能,这为聚合物改性大掺量煤矸石粉煤灰混凝土性能的应用提供了试验依据。     

物理模拟相似材料配比的正交试验研究

本文以砂子、碳酸钙及石膏为相似材料,应用正交设计方法,选取砂胶比、碳酸钙与石膏含量比及试件含水量为三个因素,每个因素设置三个水平,每种岩层设计9组配比方案,并对试件进行单轴压缩试验,获取每种方案下试件的抗压强度,通过比较获得了模型中煤层、粉砂岩和砂岩的相似材料配比号。通过对试验结果进行极差分析,研究了各个因素对试件强度的影响规律,并比较了各个因素的影响程度。     

冻融-碳化作用下掺粉煤灰混凝土强度劣化试验

为研究掺粉煤灰混凝土受冻融和碳化双重作用下的抗压强度劣化规律,制作了常用水胶比情况下的混凝土试件,进行了单轴抗压强度试验研究。结果表明:混凝土中掺粉煤灰比例相同情况下,在设计试验期内,先冻融后碳化的混凝土强度劣化约为32%,先碳化后冻融的混凝土强度劣化约为25%,而只受冻融作用的混凝土强度劣化约为21%,则双重因素作用下强度劣化明显大于单一因素;水胶比越小,粉煤灰混凝土单轴抗压强度越大,且在各因素作用下强度劣化速度较慢。这为北方地区使用掺粉煤灰混凝土在冻融和碳化作用下的强度劣化规律提供了试验依据。     

全尾砂胶结充填体强度多元非线性回归分析

以某矿全尾砂为原料,制作灰砂比为1∶4、1∶6、1∶8和1∶10,料浆质量浓度为65%、70%和72%的充填体试件,分别养护3、7、28 d后开展单轴抗压强度试验,探究充填体强度与各因素之间的关系。结果表明:充填体强度随灰砂比的增大遵循多项式函数递增、随料浆质量浓度的增大遵循指数函数递增、随养护龄期的增长遵循指数函数递增;灰砂比越大、料浆质量浓度越低,龄期对充填体强度影响越大,表明多因素耦合作用对充填体强度影响越显著;基于Excel和SPSS软件,建立了不同龄期充填体强度与灰砂比、料将质量浓度的回归方程,回归方程相关性系数较高、显著性较强,能较好的表征各因素对强度的影响规律。     

全尾砂胶结充填体强度多元非线性回归分析

以莱西金矿分级尾砂为原料,制作灰砂比为1∶4、1∶6、1∶8和1∶10,料浆质量浓度为65%、68%、70%、72%和75%的充填体试件,分别养护3、7、14和28d后开展单轴抗压强度试验,探究充填体强度与各因素之间的定量关系。结果表明:充填体强度随灰砂比的增大遵循多项式函数递增、随料浆质量浓度的增大遵循指数函数递增、随养护龄期的增长遵循指数函数递增;灰砂比越大、料浆质量浓度越低,龄期对充填体强度影响越大,表明多因素耦合作用对充填体强度影响越显著;基于Excel和SPSS软件,建立了不同龄期充填体强度与灰砂比、料将质量浓度的回归方程,回归方程相关性系数较高、显著性较强,能较好地表征各因素对强度的影响规律。     

充填膏体蠕变宏观硬化试验研究

为探索煤矿充填膏体的长期强度特征,采用水泥、粉煤灰、煤矸石等材料按照1∶4∶6配比制成充填膏体试件,对其进行了单轴压缩与蠕变试验。基于试验结果,分析了充填膏体试件的物理特性、蠕变瞬时变形模量等参数变化规律。研究表明:充填膏体致密性差、可压缩性强,在缓慢加载过程中试件趋于均匀、致密;蠕变试验过程中,在破坏前的各级应力水平上,随着应力水平提高和变形增加,充填膏体试件的瞬时变形模量增大,增长率为1.77×105%;同时,每级应力水平下弹性应变阶段的应变率随应力水平提高而逐渐减小;充填膏体蠕变强度大于单轴抗压强度,平均蠕变系数为1.09,充填膏体在蠕变过程中强度发生了宏观硬化。     

不同单一裂隙倾角对岩体破坏特征的影响

为了探求不同裂隙倾角对岩体破坏特征的影响,针对相似模拟试件进行室内试验。通过试验研究了单轴压缩含有裂隙试件的岩石断裂和节理滑动行为。经测试的岩石模型具有与水平倾角为0°、30°、45°、60°、90°的持久单一裂隙。结果表明,在单轴条件压缩下,完整试件的强度高于存在裂隙的试件;预制裂隙倾角影响着裂隙的发育程度,通过试验结果将裂纹发育程度从大到小排列依次为:60°、45°、0°、30°、90°;不同预制裂隙倾角试件的单轴抗压强度曲线近似成倒U型,并且预制裂隙的倾角在30°与45°之间存在着对试件强度影响最大的角度。     

超细硅灰石粉对水泥基材料性能的影响

在测定超细硅灰石粉特性及其胶砂强度指数的基础上,研究了超细硅灰石粉对水泥砂浆流动性、试件强度及抗化学侵蚀性能的影响。结果表明:超细硅灰石粉是长径比在(18～25)∶1的纤维状粒子,其胶砂强度指数为72.9%,将超细硅灰石粉掺入水泥基材料中能够提高水泥试件的抗折强度与折压比,但由于硅灰石粉具有较大的细度与长径比,硅灰石粉掺量超过15%时砂浆扩展度会明显降低。当硅灰石粉掺量为15%～20%范围时,在水泥试件抗压强度没有明显降低的情况下,能够提高水泥试件的抗折强度10%以上,同时折压比接近0.20,有利于改善水泥基材料的脆性。同时,硅灰石粉掺量不超过30%的水泥试件具有良好的抗化学侵蚀性能,且抗蚀系数大于0.80。     

铝酸盐水泥掺入量对瓦斯抽采封孔注浆材料性能影响

针对水泥基注浆材料流动性低、凝结时间长、无法对孔壁提供主动支护力以及材料性能之间存在的互变关系不明确等问题,通过试验改变铝酸盐水泥的掺入量,探究铝酸盐水泥掺入量对材料流动性、凝结时间、膨胀量和抗压强度的影响,分析铝酸盐水泥在材料固化机理和膨胀机理中的作用,研究材料膨胀量与抗压强度之间的互变关系,通过试验配比优选3组材料进行工业性试验,得到适用于瓦斯钻孔封孔的注浆材料。结果表明:铝酸盐水泥通过参与材料水化反应,降低材料流动度、缩短材料凝结时间;铝酸盐水泥通过改变浆体的碱性环境和水化产物的生成量,控制材料膨胀量、提高材料强度;材料膨胀源主要来自于气相膨胀、钙矾石膨胀、氧化钙和氧化镁水化膨胀;材料的滞留气体能力是材料膨胀量与抗压强度之间的关系纽带。