三轴加-卸载下分层充填体能耗及损伤特性

为探究充填体能耗机制、损伤特性与分层结构之间的内在关系,利用TAW-2000试验系统对填充次数分别为1,2,3和4的不同分层胶结充填体进行三轴循环加卸载试验.结果表明:充填体耗散能、弹性能和吸收的总能量与填充次数之间满足线性关系,充填体吸收的总能量大部分被耗散(约85%),仅少部分(约15%)用于产生弹性能.推导了充填体三维损伤值D计算公式,D随轴压的增长遵循指数递增、随围压的增大遵循指数递减、随填充次数的增多遵循多项式递增,较填充次数,围压对D影响更显著.借助Excel软件建立了D与轴压、围压和填充次数3个因素的回归方程.     

胶结充填体固结全程电阻率特性试验

通过开展不同灰砂质量配比、料浆质量分数和养护龄期条件下的胶结充填体固结全程电阻率和单轴抗压强度试验,对胶结充填体固结全程电阻率特性及其强度的关联性进行研究.基于胶结充填体的等效电路,综合考虑不同龄期的水化反应产物的类型及形态等微观结构影响因素,揭示了胶结充填体固结全程的电阻率变化机制,并推导了其电阻率模型;结合强度测试数据,构建了胶结充填体单轴抗压强度与其电阻率定量关系方程.结果表明:胶结充填体的电阻率具有与养护龄期相同的发展趋势,即电阻率先降至最低点,而后遵循先快后慢的增长规律;灰砂质量配比越小、质量分数越高,其电阻率越大;电阻率的变化规律与其内部微观结构密切相关,根据电阻率曲线发展特点,可将充填体固结全程分为5个阶段;充填体的单轴抗压强度和电阻率增长规律基本一致,且两者间存在明显的对数关系.     

胶结充填体力学特性的加载速率效应试验

为探究胶结充填体在不同加载速率状态下的力学参数变化规律及其破坏模式,采用数显式压力机分别对2.0、4.0、6.0、8.0 mm/min这4种加载速率下的胶结充填体开展单轴压缩试验.试验结果表明:在2.0~8.0 mm/min加载速率范围内,加载速率对于胶结充填体的抗压强度值和割线模量均具有明显的强化效应,且峰值抗压强度值和割线模量随加载速率增大而增大.峰值抗压强度与加载速率呈多项式函数规律,而割线模量与加载速率则呈指数函数分布规律.且随着加载速率增大,胶结充填体试件破坏形式表现为拉剪混合破坏向单一剪切破坏形式逐渐转化.研究结果揭示了胶结充填体的力学特性加载速率效应,为研究充填体破坏机制提供一定的参考依据.     

红泥坡铜矿全尾砂/废石充填料浆流变性及充填体强度实验研究

为探明废石掺量、灰砂比、料浆质量分数对红泥坡铜矿充填料浆流变特性、充填体单轴抗压强度的影响规律,开展了不同配比的充填料浆流变与充填体单轴抗压强度实验,得到了充填料浆流变参数及充填体单轴抗压强度值,在此基础上构建了红泥坡铜矿全尾砂-废石复合充填料浆流变模型,并对充填体强度值进行了拟合、预测与分析,结果表明:废石的添加会降低料浆的剪切应力与表观黏度,水泥掺量与料浆质量分数的提高会增加料浆的剪切应力与表观黏度;随着废石掺量的增加,充填料浆"临界质量分数"逐渐增大;两因素交互下,灰砂比与养护龄期的交互作用对充填体强度影响较为显著;灰砂比对充填体强度影响最显著,灰砂比由1:8提升至1:4时,充填体强度增幅最高可达380％.研究结果可为红泥坡铜矿现场充填提供一定的理论支撑.     

红泥坡铜矿全尾砂/废石充填料浆流变性及充填体强度实验研究

为探明废石掺量、灰砂比、料浆质量分数对红泥坡铜矿充填料浆流变特性、充填体单轴抗压强度的影响规律,开展了不同配比的充填料浆流变与充填体单轴抗压强度实验,得到了充填料浆流变参数及充填体单轴抗压强度值,在此基础上构建了红泥坡铜矿全尾砂-废石复合充填料浆流变模型,并对充填体强度值进行了拟合、预测与分析,结果表明:废石的添加会降低料浆的剪切应力与表观黏度,水泥掺量与料浆质量分数的提高会增加料浆的剪切应力与表观黏度;随着废石掺量的增加,充填料浆"临界质量分数"逐渐增大;两因素交互下,灰砂比与养护龄期的交互作用对充填体强度影响较为显著;灰砂比对充填体强度影响最显著,灰砂比由1:8提升至1:4时,充填体强度增幅最高可达380％.研究结果可为红泥坡铜矿现场充填提供一定的理论支撑.     

再生砖骨料混凝土架构模型试验研究

通过试验研究水灰质量比、粒径级配、再生砖骨料和砂体积分数对混凝土抗压强度的影响以及灰砂质量比对水泥石抗压强度的影响,分析骨浆体积比、灰砂质量比、再生砖骨料和砂体积分数对混凝土架构贡献强度的影响. 结果表明,再生砖骨料混凝土的抗压强度随着水灰质量比的减小而增大,当骨料粒径为19~26.5 mm时抗压强度达到最大值;当再生砖骨料体积分数为30%~43.2%时,混凝土抗压强度和再生砖骨料构架贡献强度都随着再生砖骨料体积分数的增大而增大,且都随着砂体积分数的增大而增大;当灰砂质量比为0.33~1.33时,水泥砂浆试件的抗压强度随着灰砂质量比的增大而增大;当再生砖骨料体积分数为40%和43.2%时,灰砂质量比与再生砖骨料架构贡献强度以及骨浆体积比与再生砖骨料架构贡献强度均高度线性相关;再生砖骨料架构贡献强度高于混凝土强度,主要集中在再生砖骨料体积分数为40%~43.2%,特别是再生砖骨料体积分数为43.2%、砂体积分数为18%~26%.     

金川镍矿混合充填集料胶结充填体强度试验研究

针对金川矿山棒磨砂充填集料存在的成本高和供不应求的矛盾,开展了棒磨砂、戈壁砂和尾砂3种充填集料不同配比的混合集料胶结充填体强度试验研究。通过9组混合充填集料的胶结充填体强度试验和数据分析,揭示了影响胶结充填体强度的因素与规律。研究结果表明:合理添加尾砂的棒磨砂和戈壁砂混合充填料,不仅可以提高充填体强度,而且还能够减小充填料浆的分层和离析,有利于提高充填体整体质量。通过建立神经网络模型,进行不同配比的混合集料胶结充填体强度预测和回归分析,获得了满足金川矿山充填法采矿安全高效生产的充填材料配比:灰砂比为1∶4、料浆浓度大于80.8%、混合集料平均粒径不大于1.692 mm和非均匀系数不小于38.4,由此对应的3 d充填体试块密度不小于2.24 g/cm3。该研究成果为混合集料在金川镍矿充填采矿奠定了基础。     

三轴压缩条件下胶结充填体能量耗散特征分析

开展不同灰砂配比、质量分数的充填体三轴压缩试验,研究了不同围压加载阶段充填体的能量耗散与围压、应变以及应力的内在关系.结果表明,在低围压时,充填体的极限抗压强度低;随着围压的增加,充填体的峰值强度随之增大,峰前能耗占总能耗的比重越来越大,说明充填体屈服阶段吸收的能量占总能量的比重提高,围压的增大能够提高充填体的破坏能耗量;充填体的峰前能耗量、峰后能耗量、单位体积变形能以及总能耗与围压呈二次函数曲线关系.当围压一定时,充填体在弹性变形阶段的能量变化与轴向应力、偏应力均呈线性关系,与轴向应变呈指数函数曲线关系;随着轴向载荷增加,能量随轴向应力、偏应力变化的增长速率加大.     

聚合物改性砂浆强度的回弹法检测试验研究

采用L9(34)正交试验研究了胶粉掺量、水胶比、灰砂比以及硅粉掺量对聚合物改性砂浆表面硬度和抗压强度的影响,通过对散点图的拟合分析确定了聚合物改性砂浆抗压强度与回弹推定值的相关关系.结果表明,各因素对抗压强度和回弹推定值的影响主次顺序一致,影响因素顺序由大到小为胶粉掺量、水胶比、硅粉掺量、灰砂比;抗压强度随胶粉掺量、水胶比的增大而减小,随硅粉掺量和灰砂比的增加而增大;聚合物改性砂浆抗压强度与回弹推定值之间存在线性正相关关系,且在显著性水平α=0.01下其相关关系显著.     

围岩-充填体组合承载宏细观损伤演化机理

充填体与围岩共同承载地应力,揭示其组合体宏细观损伤演化机理有助于完善充填体与围岩相互作用理论和优化充填体的配比和强度设计.开展不同灰砂比的围岩-充填体组合体单轴压缩试验和数值模拟,分析宏观下应力-应变曲线、力学参数及破坏模式,细观下裂纹扩展、能量变化及损伤演化规律.结果表明：灰砂比越高,组合体的峰值强度和弹性模量越大,峰值应变越小;组合体发生张拉剪切混合式破坏,低灰砂比时接触界面产生断裂破坏,高灰砂比时分层界面产生宏观裂隙;峰前阶段,接触界面和分层界面等薄弱部分先出现微裂纹,组合体以弹性应变能的转化为主,伴随小幅度能量损耗,损伤程度较低;峰后阶段,组合体耗散能急速增长并超过弹性应变能,内部损伤程度加速恶化.围岩内部裂纹数量大幅增加并迅速扩展贯通,率先出现宏观断裂面,充填体内部裂纹汇聚合并于分层界面,在高灰砂比时发挥良好的协同支护作用.     

粉细砂混凝土冻融循环耐久性研究

为研究风积粉细砂混凝土与普通混凝土的抗冻性能差异,以普通混凝土为参照,制备相同配合比的立方体试块和棱柱体试块,在相同条件下进行0、10、25、40、50次的冻融循环试验.分析冻融循环条件下粉细砂混凝土试块的抗压强度及质量损失随冻融循环次数的变化规律.试验结果表明:随着冻融次数的增加,粉细砂混凝土的强度损失和质量损失均高于相同配合比的普通混凝土.粉细砂混凝土抗压强度损失率随着砂率的增加先减小后增大,质量损失率随着砂率的增加而减小.     

尾砂胶结充填体与岩体耦合作用机理研究

充填法开采被广泛应用于隐患资源2次开采中,研究充填体与岩体耦合作用机理,对充分利用矿产资源、保护地表建筑物、延长矿山服务年限等方面具有十分积极的作用.以程潮铁矿西区选厂下遗留矿柱2次开采为研究背景,通过对尾砂胶结充填体的无侧限单轴抗压正交力学试验,得到了不同灰砂比、不同浓度、不同龄期参数与充填体单轴抗压强度的曲线关系和多参数线性回归方程式,同时分析了影响充填体抗压强度的主次因素.最终依据充填体与岩体能量匹配原则,通过数值模拟并充分考虑回采中爆破震动对采场稳定性的影响,得出最优充填方案.     

高硫尾砂胶结充填体强度影响因素实验研究及应用

全尾砂用于井下充填在环保、安全、经济方面均具有显著优势,但有色矿山尾砂普遍含硫,过多的硫会劣化充填体长期强度.用新疆某铜矿高硫尾砂与戈壁料混合作充填骨料,通过全面实验法研究骨料硫含量、灰砂比、料浆浓度、养护龄期对充填体强度的影响,通过灰关联法分析各影响因素的主次排序.结果表明,硫含量低于11.72%时,充填体强度随硫含量、灰砂比、浓度增加呈线性增长,随养护龄期增加呈多项式函数增长,确定骨料中尾砂占比为30%.充填体强度影响因素的主次排序为灰砂比养护龄期浓度硫含量(尾砂含量),建议矿山优化进路开采顺序以延长充填体养护时间,灰砂比由1∶4降为1∶6,可在满足强度和采充周期的同时降低充填成本.     

胶结充填体早期损伤对后期力学性能的影响

目的 为了探明胶结充填体早期损伤对后期承载性能的影响,方法 通过开展早期受损充填体经养护一定龄期后的单轴压缩试验,以损伤龄期和压损程度为变量,以受损充填体的后期变形特性、抗压强度、弹性模量为后期力学性能评价指标,分析充填体损伤龄期和压损程度对其后期力学性能的影响规律。结果 结果表明：在同一损伤龄期下,充填体在80%压损下后期峰值应力及残余应力最低;压损程度对龄期3,7 d的充填体后期变形特性影响较小,对龄期14,21 d的充填体后期变形特性弱化作用较大;80%以下的压损程度对龄期3,7 d充填体后期抗压强度影响较小,各个压损程度对龄期14,21 d充填体后期抗压强度影响较大,压损程度越大,后期抗压强度越低;各龄期充填体后期弹性模量均随压损程度的增大而增大。养护龄期14 d之后的充填体受损后对其后期力学性能影响显著,且不同压损程度对龄期14 d之后的充填体后期力学影响显著。结论 研究结果可为上向水平充填采矿方法中充填质量的控制提供理论指导。     

相变储能充填体强度与热学性能

以硬脂酸丁酯为相变材料、膨胀珍珠岩为吸附介质制备复合相变材料,将其按一定质量分数替代尾砂后与水泥、尾砂混合制成相变储能充填体.为探究相变储能充填体强度和热学性能表现,分别制备不同灰砂比、质量分数和复合相变材料质量分数添加量的相变储能充填体,并采用DSC、SEM、单轴压缩试验、巴西劈裂试验和导热系数试验等测试方法得到不同...     

多目标条件下矿山充填材料配比优化实验

为准确确定某铁矿尾砂胶结充填材料最优配比,分别选择制浆水性、砂灰质量比和料浆质量浓度与充填体强度、料浆坍落度和料浆泌水率作为尾砂胶结充填材料配比优化的影响因素和充填性能评价指标.基于响应面–满意度函数耦合理论,采用Box-Behnken实验设计方法开展13组不同充填配比实验,构建充填性能评价指标的响应面函数,研究各影响因素与目标响应量的相关关系及多目标条件下的最优充填材料配比.结果表明,制浆水性对响应量影响不显著;砂灰质量比对充填体强度影响极显著;坍落度受料浆质量浓度、砂灰质量比影响较显著;砂灰质量比和料浆质量浓度对料浆泌水率的影响均极为显著,且二者之间存在极显著的交互作用.该矿尾砂胶结充填材料最优配比为:制浆水性为海水,砂灰质量比为8.44:1,料浆质量浓度为72%,该配比条件下对应的响应量预测结果为:充填体28 d龄期单轴抗压强度为2.00 MPa,料浆塌落度为27.15 cm,料浆泌水率为7.35%,与验证实验结果基本吻合,为现场工业实验提供强有力的理论支撑.     

充填体失稳破坏前兆识别及破坏形式演化规律研究

为研究充填体失稳破坏过程中声发射信号时频特征及破坏形式,对不同灰砂比充填体试件开展单轴加载声发射试验。通过频谱分析技术,采用时频域结合对试验结果进行深入剖析。结果表明:不同灰砂比充填体失稳过程中低频带信号占比最大,高频带信号次之,中频带信号最少;峰值应力前,低频信号明显减少,中、高频信号明显增加这一特征可作为充填体失稳破坏的前兆信息;声发射参数RA和AF特征值在不同时刻的分布特征,揭示了破坏形式的演变过程,灰砂比1∶6时充填体在压密及弹性阶段以张拉破坏为主,塑性变形及峰后破坏阶段以剪切破坏为主,灰砂比1∶10时充填体破坏全过程以张拉破坏为主、剪切为辅,灰砂比1∶15时充填体破坏全过程以张拉破坏为主。试验结果对细观角度下研究充填体失稳破坏机制以及采场充填体失稳的预测具有重要意义。     

金矿尾矿胶结充填用胶凝材料的制备及其性能表征

以矿渣微粉、水泥(P.O 42.5)、粉煤灰、氧化钙和硫酸钙为原料制备早强型尾矿胶结胶凝材料(尾矿胶结料),将尾矿胶结料用于胶结充填中位直径D_(50)为11.3μm的金矿细粒尾矿,表征分析充填试样的力学性能与流动性能。结果表明:相同胶砂质量比和尾矿浆固含量下,用尾矿胶结料胶结固化尾矿的效果优于P.O 42.5水泥;胶砂质量比1∶12时,充填试样28 d抗压强度为P.O 42.5水泥的4.9倍,尾矿胶结料的水化产物量高于P.O 42.5水泥;尾矿胶结料的胶砂质量比为1∶6、尾矿浆固质量分数为70%时,加入0.15%(质量分数)聚羧酸减水剂的充填料浆坍落度为278 mm,其力学性能和充填流动性能均可满足矿山充填要求。     

高低应力水平下胶结充填体蠕变特征及分数阶本构模型

胶结充填体在采场中会经历不同应力水平的长期荷载作用,其不同应力水平下的蠕变特征直接影响矿山的安全生产.基于此,本研究制备了不同灰砂质量比的胶结充填体试样,进行了单轴压缩与分级蠕变试验,获取了不同应力水平下胶结充填体蠕变变形规律,探讨了胶结充填体在低应力水平与高应力水平下的蠕变特征,构建了胶结充填体分数阶蠕变本构模型,并进行了验证.研究结果表明：胶结充填体的蠕变特征是其在蠕变过程中内部应力的不断调整、硬化与损伤共同作用所产生的结果;低应力水平下,胶结充填体蠕变全过程中硬化作用占据主导,其中减速蠕变阶段硬化特征最为显著;高应力水平下,胶结充填体蠕变全过程中损伤作用占据主导,其中加速蠕变阶段损伤特征最为显著;同一应力水平下,灰砂质量比越低的胶结充填体蠕变全过程中硬化-损伤作用越明显,即抵抗变形能力的提升与损伤累积的速度越明显;构建的胶结充填体分数阶蠕变本构模型与各试验数据均有较高吻合度,且较好地表征了胶结充填体在不同应力水平下的蠕变特征.研究成果可为提高胶结充填体稳定性和矿山安全生产提供理论依据.     

机制砂对高强混凝土体积稳定性的影响

采用对比的方法,研究了天然砂、机制砂及机制砂中的石粉质量分数对高强混凝土的工作性、抗压强度、弹性模量、干缩和受压徐变的影响。结果表明:机制砂中适量(7%—10.5%)的石粉并不会劣化混凝土的工作性能,甚至可以改善混凝土的工作性能,且随石粉质量分数的提高,机制砂混凝土的抗压强度逐渐增大;石粉质量分数较低(小于7%时)的机制砂混凝土弹性模量接近于天然砂混凝土的弹性模量,但当石粉质量分数较高时,机制砂混凝土的弹性模量降低;石粉质量分数对机制砂高强混凝土干缩的影响与干缩龄期密切相关,石粉质量分数较高的机制砂混凝土的前7 d龄期干缩值比河砂混凝土大,而后龄期干缩值相差不大,同时,掺入粉煤灰使机制砂混凝土各龄期的干缩值减小;石粉质量分数为7%的机制砂混凝土徐变度、徐变系数与天然砂混凝土较为接近。