水泥-尾砂充填体常规三轴压缩性能研究

由充填体常规三轴压缩强度和变形试验得到了峰荷应力和应变及相关试验曲线,对充填体三轴受压渐进破坏过程进行了描述分析。试验中看到,充填体在轴压下产生的裂缝的发展因施加围压而受到抑制,这种约束与围压成正比,即充填体破坏形式从零或低围压的脆性破坏到高围压的塑性软化流动。工程实际中,充填体多数情况下处于多轴受力状态,因此对充填材料进行多轴应力下的强度和变形行为研究具有现实意义。     

基于不同养护龄期的充填体强度多元线性回归分析

为探究灰砂比、料浆浓度对充填体强度的影响规律,利用某金矿全尾砂作为原料,制备料浆浓度为65%、67%和69%,灰砂比为1∶4,1∶10和1∶20的胶结充填体试件,开展单轴压缩试验。试验结果表明:全尾砂胶结充填体强度与灰砂比、料浆浓度之间呈多元线性函数关系。养护龄期对充填体强度影响最大,灰砂比次之,料浆浓度最小。充填体强度随养护龄期的增长遵循线性增长规律,且灰砂比和料浆浓度越大,强度随龄期增长速率越大。     

基于不同养护龄期的充填体强度回归分析

为探究灰砂比、料浆浓度对充填体强度的影响规律,利用某金矿全尾砂制备料浆浓度为65%、68%、70%、72%和75%,灰砂比为1∶4,1∶5,1∶6,1∶8和1∶10的胶结充填体试件,开展单轴压缩试验。试验结果表明:全尾砂胶结充填体强度与灰砂比、料浆浓度之间呈多元线性函数关系。充填体强度随养护龄期的增长遵循线性增长规律,且灰砂比和料浆浓度越大,强度随龄期增长速率越大。     

紫金山金铜矿水泥全尾砂充填体在围压作用下的强度研究

结合某矿山实际需求,对充填体强度进行试验研究,探究灰砂比,浓度,以及外界条件围压对充填体强度的影响试验结果表明,充填体强度随着灰砂比和浓度的增大而增大,特别是在施加围压后,充填体强度显著提高,灰砂比1∶8时1 MPa围压下的三轴抗压强度是单轴抗压强度的1.95倍。实验结果对矿山充填工作参数的选择具有指导意义。     

物料配比对胶结充填体强度的影响研究

为了研究固体物料配比对胶结充填体强度的影响,采用压力机对16种不同配比养护龄期28d的胶结充填体试件进行单轴压缩试验,使用引伸计测量了胶结充填体试件的应变,研究了胶结充填体试件单轴抗压强度与物料配比的关系以及试件在压缩过程中的应力应变关系。试验结果表明,灰砂比相同时,胶结剂中水泥含量越多的充填体单轴抗压强度越大;胶结剂成分相同时,胶结剂含量越多的充填体单轴抗压强度越大;胶结充填体的应力应变曲线分为5个阶段,分别是孔隙裂隙压密阶段、线弹性阶段、屈服阶段、应变软化阶段以及残余强度阶段。     

组合受力胶结充填体力学特性及能耗特征研究

一步骤胶结充填体为二步骤矿柱回采提供支撑,充填体由三轴受力转为单轴受力状态,其稳定性对采场安全至关重要.为此对比分析了单次(单轴)和二次(三轴加单轴)压缩对不同灰砂比胶结充填体的应力-应变曲线、强度特征、能耗特征及破坏模式.结果表明:单次比二次具有更明显压密阶段、更高线弹性阶段,增大围压使二次充填体压密阶段减小、线弹性...     

饱水孔道砂岩力学特性试验

针对南方广泛存在矿山岩体含水层中的砂岩,利用MTS815试验机进行不同围压下三轴压缩试验,利用RMT-150C试验机进行单轴压缩试验,结果表明:(1)单轴压缩条件下,岩样的全应力-应变曲线明显分为4个阶段:孔隙裂隙压密阶段、弹性变形至裂隙发展阶段、非稳定破裂发展阶段、峰后破坏阶段.(2)单轴压缩条件下峰后应力-应变曲线表现出悬崖式下降趋势的特征;三轴压缩条件下无明显的压密阶段,峰后应力-应变曲线表现出由弹脆性向弹塑性转化趋势的特征.(3)随着围压的增大,除泊松比表现出减小的趋势之外,其余力学参数均有增大的趋势,对峰值强度和峰值应变的影响最为显著,峰值应变逐渐增大,岩样的塑性不断增加,表现出延性破坏的特征.(4)单轴压缩条件下岩样主要以X型裂纹的剪切破裂为主,单一斜平面的剪切破裂为辅;三轴压缩条件下岩样主要以单一裂纹的剪切破裂为主.     

基于力学强度试验的胶结充填优化配比研究

针对安徽某铁矿全尾砂胶结充填项目进行了单轴抗压强度试验、剪切试验、三轴压缩试验,得到不同条件参数下的抗压强度、抗剪强度和围压状态下的C,φ值,研究结果表明,砂灰比为6、砂浆浓度为72%时,在兼顾料浆输送和成本的同时,可以保证充填体的强度。     

基于Weibull分布的充填体单轴压缩损伤模型研究

在矿山实际应力环境中,充填体多处于峰后变形阶段,研究充填体峰后强度特性对矿山安全生产十分重要。通过对灰砂比为1∶6、1∶8和1∶10的充填体试件进行单轴抗压试验,对比分析了不同灰砂比的胶结充填体变形破坏特征,灰砂比大的充填体具有更高的峰值强度和残余强度。基于统计损伤理论,确定了充填体损伤变量D并进行了修正,建立了可以表征充填体变形破坏全过程的损伤本构模型;由单轴抗压试验曲线几何特点,推导出该模型参数F0,m的数学表达式,α越小,充填体的峰后残余强度越高,F0和m越大,充填体峰值强度越大。对不同灰砂比的损伤演化规律进行了分析,各灰砂比的充填体损伤呈S型增长方式,灰砂比小的充填体能够承受更大的变形,更好的发挥其承载能力。结果表明该模型可以很好充填体破裂过程中的全应力-应变曲线和峰后残余强度的特性,为充填体强度设计提供参考。     

基于损伤力学模型胶结尾砂充填体强度特性研究

以地下矿山尾砂充填料为研究对象,利用充填体试块损伤力学模型和岩石力学试验机对胶结尾砂充填体在不同质量浓度、灰砂比和养护时间下的强度特性进行试验研究。引入充填体损伤力学模型和损伤因子来描述胶结尾砂充填体的强度特性和破坏过程。研究结果表明:充填体的单轴抗压强度随着质量浓度、灰砂比和养护时间的增加而增大,并且灰砂比和养护时间对充填体强度影响较大;结合试验结果,利用充填体损伤力学模型可以准确地描述充填体加载过程中的应力-应变曲线;结合应力-应变曲线得出的损伤因子值随应变增加而增大,且质量浓度和灰砂比越大、养护时间越长,损伤因子值越小,充填体越不容易破坏。     

高温作用下围压对页岩力学特性影响的试验研究

利用MTS815型程控伺服刚性试验机对页岩开展高温常规三轴压缩试验,基于试验结果分析围压与页岩应力-应变曲线特征、峰值强度、弹性模量、泊松比、峰值应变的关系。结果表明,按体积应变特征,应力-应变曲线可归为3类：扩张型、压缩-扩张过渡型和压缩型,围压对页岩具有较明显的扩容作用。在同一温度时,在5～25 MPa围压范围内,页岩峰值强度（σ1-σ3）较低,表现出较强的塑性变形破坏特征,峰值强度和弹性模量具有随围压增加而增大的趋势。围压小于15 MPa时,页岩泊松比随围压增大而增大,而峰值轴向应变和峰值横向应变均随围压增加而逐渐降低;围压大于15 MPa后,泊松比随围压增加呈小幅下降,峰值轴向应变和峰值横向应变随围压增加而略有增大。     

炭质页岩常规三轴试验和本构方程的研究

利用XTR01-01型微机控制电液伺服岩石三轴试验仪,研究了堡镇隧道大变形段的裂隙岩体(炭质页岩)在围压为0～25MPa下的应力—应变全过程曲线,建立了屈服强度、峰值强度、残余强度与围压的关系。根据塑性力学的相关理论,提出三线性弹性—线性软化—残余理想塑性五线性模型,并应用于炭质页岩,得到了炭质页岩各段的本构方程,并讨论了软化段。结果表明,理论模型和试验结果吻合较好。     

深部砂岩力学特性试验与本构模型

为深入探究岩石强度劣化特性对深部开采工程稳定性的不利影响。以红庆梁深立井工程为背景,对现场砂岩岩样开展不同围压条件下三轴压缩试验,结合Mohr-Coulomb强度理论研究了砂岩应力-应变、强度与变形等特征;基于岩石损伤变量服从Weibull分布的特点,推导出砂岩损伤软化本构模型,探讨了模型参数F_0和m与围压的函数关系,结合模型参数对模型的影响及砂岩应力-应变曲线变化特点,采用非线性拟合方法对模型参数进行修正,最后得到修正的损伤软化本构模型;利用FLAC~(3D)对修正后的本构模型数值求解,将理论计算结果与砂岩全应力-应变曲线对比验证;通过构建马头门硐室围岩数值模型对修正后本构模型进行工程应用,并分析了数值计算结果的合理性。结果表明:①砂岩变形参数对围压敏感度较低,强度参数受围压影响较大,不同围压条件下,当应力达到峰值后,砂岩呈现出明显的应变软化特性;②通过FLAC~(3D)数值验证结果可知,损伤软化模型理论计算应力-应变曲线与试验曲线高度吻合,说明模型具有较高的真实性,能反映砂岩在复杂应力状态下的破坏全过程;③利用数值模拟方法对深部马头门硐室围岩与支护结构破坏规律分析表明,在拱顶及拱肩位置较易出现塑性剪切破坏,并且与实际工程中支护结构破坏位置及范围基本相同。     

考虑充填体支撑效应的矿岩-充填体相互作用机理分析

为更好地研究矿岩和充填体的相互作用机理,依据充填体的不同硬化时期对顶板和矿岩所处的支撑效应,将充填体分为小变形阶段的弹性变形和大变形阶段的塑性变形,建立相应的充填体与围岩相互作用的悬臂梁+均布荷载及相关约束的力学模型。同时通过配比制作标准圆柱体,待强度稳定后进行切割打磨,在中间掏空20 mm厚度的半圆饼,并用水砂比为1∶12的配料进行充填。通过电阻应变片,测试试样在加载作用下的内部和表壁应变情况,分析接触带处的应力应变变化规律。进一步通过数值模拟软件,模拟相关过程,验证相关试验结果。模拟结果表明：随着加载的进行,接触带的应变变化增幅较大,在没有围压约束、轴向荷载作用情况下,充填体受压从临空面开始产生了剥落现象。围压约束有效增大了接触带区域的安全系数值,局部区域从塑性破坏区变成稳定区。     

金川矿山混合充填材料配比试验

充填料浆配比对充填体强度和砂浆输送特性产生重要影响。针对金川矿山棒磨砂供应严重不足,开展了棒磨砂、棒磨砂+河砂和棒磨砂+河砂+粉煤灰3种充填材料添加相同水泥的充填体强度、砂浆流动度、泌水率和沉降损失率的试验研究。试验结果显示,河砂与棒磨砂配比为2∶8的混合充填料与单一棒磨砂充填体强度相当,砂浆流动度、泌水率和沉缩损失率稍差,但满足金川矿山充填采矿要求。当添加水泥重量的30%粉煤灰后,不仅显著提高充填体强度,而且还可改善砂浆流动度、泌水率和沉降损失率;同时还降低棒磨砂浆充填料浆的分层度,有利于提高充填体质量和充填接顶率。研究成果已经应用于金川矿山充填料浆制备和工业化生产。     

筑坝粗粒料力学性质及本构模型参数试验研究

对某高坝筑坝粗粒料进行了大型三轴试验,分析了不同围压、级配下2种粗粒料的强度特性、变形规律。结果表明:2种粗粒料的应力—应变曲线具有明显的非线性,体变曲线整体变化规律为低胀高缩、先缩后胀,随着围压的增加,内摩擦角逐渐减小。低围压下,堆石料应力—应变曲线表现为硬化、体变变化为先缩后胀,砂砾料表现为软化、先缩后胀,峰值摩擦角随着围压的升高快速减小;高围压下,砂砾料由软化过渡为硬化,但堆石料在3 000 kPa下出现软化、其他条件下均为硬化,体变均由剪胀过渡到剪缩,随着围压的升高,峰值摩擦角的减小速率逐渐变小。研究得到,邓肯—张E-B模型参数随着围压、密度、级配的变化呈规律性变化。     

深部软弱地层TBM围岩力学行为试验研究

为揭示TBM深部软弱围岩变形破坏力学特性,开展了反映深埋隧道TBM机械开挖卸荷本质——高初始围压下缓慢准静态卸荷这一卸荷特征的砂质泥岩三轴卸围压试验,研究结果表明:缓慢卸荷条件下的岩石峰前应力-应变曲线接近于常规三轴压缩峰前应力-应变曲线,卸荷屈服阶段产生损伤扩容,侧向变形加速增长,从体积压缩开始转向扩容;应力达到峰值强度后,岩石首先发生1~2级脆性跌落,随着围压继续缓慢卸荷,岩石沿一条斜率较小的近似斜直线发生伴随有多级次生微破裂的线性应变软化;岩石变形全过程由弹性变形段、峰前卸荷损伤扩容段、峰后脆性跌落段、含有多级微破裂的线性应变软化段以及残余强度阶段组成;岩石缓慢卸荷发生宏观张剪复合破坏,并伴有轴向劈裂裂纹,破裂断面为由许多劈裂裂纹相互贯通形成具有一定宽度的剪切带,剪切带内劈裂的岩片在轴向挤压力和沿破裂面的剪切力共同作用下被挤压和摩擦成许多细颗粒和岩粉。     

大红山铁矿细粒级尾砂胶结充填材料充填强度试验研究

为探索大红山铁矿细粒级尾砂胶结充填材料充填强度,结合大红山铁矿实际需求,对细粒级尾砂胶结充填材料应用及充填体强度进行试验研究。试验结果表明,采用新型胶结材料代替传统硅酸盐水泥,分级尾砂胶结充填时,灰砂比1∶10时即能满足充填采矿工艺要求;全尾砂胶结充填时,新材料胶结灰砂比1∶8的28 d抗压强度与分级尾砂水泥胶结灰砂比1∶4的28 d抗压强度相当,能有效降低充填成本,具有良好的经济效益和环保效益。     

考虑空隙非线性变形的胶结充填体损伤软化本构模型研究

充填采矿法在两步骤回采方式中广泛应用，胶结充填体作为人工矿柱，其稳定性至关重要；而胶结充填体力学特性及本构模型是进行稳定性分析与评价的重要内容，因此，亟需开展胶结充填体力学特性及本构模型研究。通过对不同灰砂比的胶结充填体进行单轴压缩试验，试验结果表明：在初始压密阶段因空隙存在而表现出非线性变形特征；在塑性屈服阶段及破坏后阶段刚度和强度均表现出软化特性；破坏后阶段存在较强的承载特性。针对试验结果，采用宏观和细观相结合的方法，将胶结充填体抽象成空隙和细观单元2部分，并引入胶结充填体有效损伤因子，结合统计损伤理论，分别构建空隙本构方程和细观单元损伤软化本构方程，进而得到胶结充填体损伤软化本构模型。最后将本研究理论模型曲线与试验曲线、现有理论基于试验数据和其他学者试验数据得到的曲线进行对比分析，分析结果表明本研究得到的理论曲线与试验曲线有较高的匹配度，各阶段曲线拟合相关系数都达到95%以上，更好地表征了胶结充填体空隙非线性变形特征及软化特性。研究结果可为胶结充填体稳定性分析提供理论依据。