基于响应面法的页岩相似材料配比试验研究

为高效选取页岩相似材料配比,使用水泥和石膏为胶结材料,河砂和重晶石粉为骨料配制页岩相似材料,采用响应面法进行试验设计及数据分析,以砂胶比(骨料质量/胶结材料质量)、水泥含量(水泥质量/胶结材料质量)、重晶石含量(重晶石粉质量/骨料质量)3个因素作为控制因素,以密度、单轴抗压强度和弹性模量作为目标响应,分别建立了相似材料密度、单轴抗压强度、弹性模量与各配比因素间的多元非线性回归模型。对因素进行了方差分析和响应面分析,研究表明,砂胶比、水泥含量、重晶石含量对相似材料密度、单轴抗压强度、弹性模量均有显著影响,且砂胶比和水泥含量对密度、单轴抗压强度、弹性模量有显著的交互影响,砂胶比和重晶石含量对密度有显著的交互影响,水泥含量和重晶石含量对单轴抗压强度、弹性模量有显著的交互影响。确定了用于页岩相似材料配比的经验方程,并进行了试验验证。研究证明,响应面法在相似材料配比试验应用中具有较好的适用性和有效性。     

铁矿床物理模型相似材料正交配比试验

以河砂、碳酸钙、石膏和重晶石为相似材料,应用正交设计方法,以骨料质量与胶结材料质量比、碳酸钙质量与石膏质量比、重晶石粉质量与骨料质量比为控制因素,制定了三因素五水平的试验方案。通过室内力学试验,在获取不同方案的密度、抗压强度、弹性模量等力学指标测试的基础上,分析了力学指标影响因素,得出了相似材料配比与力学指标关系方程。结果表明:重晶石含量对相似材料密度起控制作用;抗压强度力学指标主控因素是骨料质量与胶结材料质量比;相似材料的弹性模量力学指标受骨料质量与胶结材料质量比影响最大,其次为重晶石含量,受碳酸钙质量与石膏质量比影响最小。采用MATLAB程序进行多元线形回归得出,相似材料配比与力学指标关系方程可用于相似材料模型试验配比的确定。     

新型隔水层固液耦合相似材料研制

针对中国西北地区浅埋隔水层破裂规律的物理相似模拟研究需要,根据固液耦合相似理论,以细河沙、膨润土为骨料,石膏、固体石蜡为胶结材料,甲基硅油为添加剂,经过大量配比实验,研制出873系列固液耦合相似材料。通过单轴抗压实验以及渗透性实验对873系列材料的单轴抗压强度和渗透系数进行了测定。测试结果表明,该相似材料具有低强度、遇水泥化的弱胶结性、良好的隔水性能等特点。     

相似材料配比量化确定方法的研究

基于相似模拟试验对地质研究的重要性,以石英砂、石灰和石膏为配比原料,通过正交设计与极差分析结合的方法,以砂胶比、灰膏比、养护天数作为控制因素,研究了各个因素对相似材料力学参数敏感性影响。结果表明:砂胶比对材料密度的影响要大于灰膏比对密度的影响;抗压强度随着砂胶比增大会显著降低,随着灰膏比增大会缓慢降低,养护天数对抗压强度的影响则介于两者之间,且随着时间增加强度趋于稳定。通过对试验结果进行多元线性回归分析,确定相似配比材料试验方程,并以养护天数对大致确定的配比材料进行调整,做出最合理的相似材料。     

地下气化煤层软岩顶板相似材料研究

为了寻找适合煤炭地下气化模型实验软岩顶板的相似材料种类及材料配比,通过岩石力学性质实验获得现场顶板软岩的相关力学参数,并根据相似原理理论,以河砂为骨料、粘土和石膏为胶结物,利用正交实验和全面实验方法分析了不同材料配比下的单轴抗压强度,并与利用相似原理处理的抗压强度进行对比研究,结果表明:石膏对相似材料抗压强度的影响作用显著,且受热易粉化,不适合作为煤炭地下气化模型实验软岩顶板相似材料的胶结物;以河砂和粘土为相似材料原料时,当两者质量比为3∶1时,通过实验测得的单轴抗压强度与经过理论计算获得的抗压强度吻合,可满足模型实验对煤层软岩顶板的力学要求。     

流-固耦合相似材料的研究

结合山东三山岛海下金矿的地质力学模型试验, 在借鉴了大量固相模型材料研究的基础上, 研制了流-固两相模型材料, 较好地解决了固体模型材料遇水容易崩解的问题。通过对相似材料进行试验, 重点研究了材料中不同骨料配比、骨料与胶结物的配比以及胶结物中胶结材料的配比等因素对试块强度的影响规律。通过调整材料配比可得到参数变化幅度较大的模型材料, 从而可用来更广泛地模拟不同的岩体材料。这些研究成果为岩石力学相似模型试验提供了参考。     

冷压型煤强度影响因素的研究现状及展望

为了便于开展在物理力学性质和吸附性能方面与原煤相似度较高的突出模拟相似材料配比试验研究,对粉煤成型机理以及冷压型煤强度影响因素的研究成果进行了梳理,概括了现有粉煤冷压成型机理,重点分析了粉煤粒度及组成、成型压力、成型水分和粘结剂对冷压型煤强度的影响规律,并在此基础上对煤与瓦斯突出模拟试验型煤制作工艺进行了优化,对后续型煤强度影响因素研究前景进行了展望,为大尺寸突出煤相似模拟材料配比制作及其工艺研究提供参考。     

片帮煤体相似材料配比正交试验研究

易片帮煤体具有强度低、易变形、塑性强等特征,对煤体进行准确模拟是研究煤壁稳定性的关键,其相似材料的选择及配比则是模拟试验的基础。为了能够较为准确地配制出片帮煤体的相似材料,以满足大比例相似模拟试验的需求,采用正交试验方法,以骨胶比、胶结物比例及水固比作为影响试验的几个因素,对其强度及变形(弹性模量E)进行了正交试验。研究得出了材料强度、弹性模量及塑性等力学参数与配比的变化规律,确定了煤壁片帮相似材料的合理胶结物及石膏比例,为准确进行煤壁片帮机理的模拟研究提供了依据。     

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。     

似膏体充填材料配比的BP网络优化方法

为了探究似膏体充填材料各组分对材料性能的影响及最优配比,以实验室做的16组配比试验数据为样本,建立了材料组分等因素与分层度、塌落度及长期强度之间的5-10-3 BP网络模型,并利用该模型搜索的最优配比方案进行现场试验。结果表明：建立的网络模型最大相对预测误差为6.08%;胶结料与骨料共同决定充填体的强度;高比例煤矸石配以精确比例的胶结料和细骨料可形成强结构充填体;当粉煤灰掺量为水泥质量的3~4倍,河砂掺量约等于煤矸石质量时,材料的综合性能最好;利用优化后的材料配比方案进行巷旁充填,巷道围岩变形较小且较稳定。     

基于正交实验的相似材料配比实验研究

应用正交设计方法,以骨料/石英砂、胶凝材料/石膏与大白粉以及水量为3个因素,每个因素设置5个水平。设计了15组材料配比方案,进行了称重、单轴压缩、劈裂实验,获得了不同配比相似材料的密度、抗压强度、抗拉强度等物理力学性质指标。     

相似材料模型及压力传感器性能试验研究

 为了研究不同配比的相似材料模型的力学性质,解决压力传感器与被测相似材料间的匹配问题,本文依据相似理论,采用分级加载方式对不同配比的相似材料模型进行了重复加载试验,得到了各模型的应力—压力曲线和破坏强度。试验结果表明不同配比的相似材料与传感器间的匹配性存在显著差异,且相同配比的不同模型与传感器间的匹配性也存在一定差异,需要对压力传感器与相似材料间的匹配性进行检测以修正试验数据。试验结果还表明不同配比的相似材料具有稳定而不同的力学性质,通过改变材料配比,可以对相似材料的力学性质进行适当的调整,在进行相似材料模拟试验前,需要对不同配比的相似材料的力学性质进行测试。     

基于RSM-BBD的废石-风砂胶结体配合比与强度试验研究

充填料浆配合比的选择直接决定了充填体的强度及运行成本。根据两种骨料混合堆积密实度试验,得到废石风砂最优配比。利用Design-Expert软件中的Box-Behnken中心组合试验设计及响应面法(RSM)研究了料浆质量分数、水泥用量和骨料配比对充填体不同龄期内无侧限抗压强度的影响规律,建立了以粗骨料胶结体3,7,28 d强度为响应值的三元二次回归模型,并对该模型的适用性进行了验证。试验结果表明,充填体强度不仅受单一因素影响,而且两因素之间的交互作用对强度影响显著。由模型的响应曲面可知,质量分数与骨料配比的交互作用对充填体早期强度影响显著,水泥用量与骨料配比的交互作用对充填体中期强度影响显著,质量分数与水泥用量的交互作用对充填体后期强度显著。通过回归模型及建立的充填材料成本函数,优选出一组料浆配合比,经现场试验满足生产要求。     

爆破煤体模拟材料及配比筛选试验研究

为了找出合适的材料及材料配比分别模拟不同实验用爆破煤体,基于对典型煤体基本性质探讨的基础上,用常见建筑材料制作八组、98块试件,分别分析了试块的孔隙率、波速、密度及应力-应变曲线与典型煤体性质的相似程度,得出了不同建筑材料对煤体性质的影响程度及规律。结果表明:用常用建筑材料能够较好的模拟不同实验用煤体,并最终确定出2种相应材料组合和配比分别模拟硬煤和中硬煤,为类似实验室模拟煤体的研究提供参考。     

基于正交设计的模型试验相似材料的配比试验研究

在前人相似材料研究的基础上,应用正交设计方法,以（铁粉+重晶石粉）/骨料、铁粉/（铁粉+重晶石粉）、黏结剂浓度、石膏含量为4个因素,每个因素设置5个水平,设计了25组材料配比方案,进行了称重、单轴压缩、劈裂和直剪试验,获得了不同配比相似材料的密度、抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、内摩擦角和黏聚力等物理力学性质指标。试验结果表明：不同配比相似材料的物理力学参数分布的范围较大,能够满足不同性质岩体模型试验对岩体相似材料的要求;采用极差分析法分析了各因素的敏感性,发现（铁粉+重晶石粉）/骨料对试件密度、内摩擦角起主要控制作用,黏结剂浓度对试件的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、黏聚力起主要控制作用;并作出了各因素对相似材料物理力学参数影响的直观分析图,分析了各因素对相似材料参数的影响规律。     

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。     

黏土隔水层相似材料胶结剂的正交实验分析

采动隔水层的稳定性模拟是研究浅埋煤层保水开采的关键，隔水层相似模拟材料的开发则是模拟实验的基础．借助正交实验方法，将备选的胶结材料硅油、水玻璃和凡士林作为影响实验的几个因素，对其变形性（弹性模量E）和水理性（渗透性v）进行正交实验，确定了硅油是最佳的低强度非亲水胶结剂，而凡士林为最佳的塑性变形的胶结材料，黏土对强度和塑性以及水理性都具有显著影响．从强度、塑性和裂隙弥合性等方面，对材料的配比进行了研究，得出了可以全面模拟隔水层的应力应变全程性质和水理性的相似模拟材料与配比．     

新型“固-气”耦合相似材料特性影响因素研究

"固-气"耦合相似材料的研制是"固-气"耦合相似模拟实验的基础,由于以砂子、石蜡、油为原料的相似材料抗压强度较低,变化范围不大,对于较高强度岩层的物理相似模拟效果不佳。在上述材料研究的基础上,以河砂为骨料,将已选胶结材料普通水泥和玉米淀粉作为影响相似材料的主要因素,进行配比设计、试件制作及参数测试,分析水泥及淀粉含量的变化对试件抗压强度σc及渗透率K的影响。实验结果表明:水泥在调节材料抗压强度方面起主要作用,淀粉在调节材料渗透性方面起主要作用,从而得到此新型材料的材料特性。运用此材料能够进行较高强度及低渗透率(在达西渗流范围内)的"固-气"耦合物理相似模拟实验,为"固-气"耦合物理相似模拟实验的开展进一步补充了实验基础。     

软弱围岩相似材料力学特性实验研究

为了研究软弱围岩力学特性,在相似三定律基础上选择以河砂、重晶石粉、橡胶粉为骨料,石膏、石蜡油为胶结剂配制相似材料,对相似材料进行单轴抗压、抗拉以及抗剪试验,测定了相似材料在不同配比下的抗压强度、弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角;分析了不同含量原材料以及养护时间对相似材料力学性质的影响。结果表明:当骨胶比为6∶1∶0.06,骨料比为5∶4.5∶0.5,养护时间为7 d时的相似材料,与原岩的力学性质具有较好的一致性,能更好地满足相似材料的选材要求,是一种比较理想的软岩相似材料。     

基于响应面法的废石-细尾砂充填性能优化试验

为了得到满足采矿强度要求的废石-细尾砂高质量分数充填体配比最优组合,根据两种骨料混合堆积密实度试验和料浆质量分数初探试验,得到废石-细尾砂最优配比。利用响应面法研究了骨料配比、质量分数和水泥用量对充填体不同龄期无侧限抗压强度的影响规律,建立了以废石-细尾砂胶结充填体 3d、7d、28d 强度为响应值的三元二次回归模型,揭示料浆骨料配比、质量分数和水泥用量单一或交互作用对充填体强度的影响机制。通过回归模型优选出最佳料浆配合比,并通过半工业环管试验进行验证。试验结果表明,充填体强度不仅受单一因素影响,而且两因素之间的交互作用对强度影响显著。由模型的响应曲面可知,质量分数与水泥用量的交互作用对充填体早期强度影响显著,骨料配比与质量分数的交互作用对充填体后期强度显著。当骨料配比为1:3、质量分数为82%、水泥用量为300kg/m3时,料浆流动性好,充填体3d、7d和28 d的强度分别为2.63 MPa、4.21 MPa和6.09 MPa,可满足矿山的充填需求,为废石-细尾砂多相复合膏体充填料输送试验和工程设计提供了基础。