煤矿软岩抗剪强度参数与含水量关系试验研究

通过对原状试样和重塑试样的直接剪切试验来研究抗剪强度及其参数与含水量的关系。研究发现:原状试样中,随着含水量的增加,抗剪强度呈指数下降;黏聚力和内摩擦角与含水量的关系可以用指数函数描述。重塑试样中,含水量对黏聚力的影响比内摩擦角显著。黏聚力随含水量的增加呈先增大后减小的趋势,内摩擦角随含水量的增加呈不稳定波动。研究结论在某露天煤矿东帮软岩边坡工程治理中得到了应用。     

考虑岩石流变及应变软化的深部巷道围岩变形理论分析

为深入探究岩石流变作用下巷道围岩变形分区机理及弹塑性理论解,基于巷道围岩在流变作用下所能承受的最大应力值应为岩石的长期强度这一重要特性,结合岩体峰后应变软化及扩容特性,推导出巷道围岩四分区应力、位移及半径解析解,并揭示黏聚力软化模量与内摩擦角及初始黏聚力之间的量化关系.通过算例验证该理论的可行性,并分析流变作用下不同围岩力学性质对巷道围岩各分区范围及变形的影响规律.研究表明:围岩流变特性对初始黏聚力的确定有重要影响,考虑流变影响时选取的初始黏聚力与不考虑流变时相比明显偏小;围岩各分区半径随初始黏聚力、内摩擦角增大而减小,因此考虑流变作用时围岩承载能力将明显降低;内摩擦角对围岩各分区范围的影响随着初始黏聚力增大而不断减弱;流变特性对巷道围岩变形的影响随着内摩擦角减小而不断增强.研究成果可为巷道围岩稳定性控制及支护参数量化设计提供理论借鉴.     

基于泥岩弱化的顺倾边坡失稳机理探究

在泥岩遇水软化的理论基础上,设计了不同含水率泥岩试样的剪切试验,深入探讨了泥岩软化过程中力学指标黏聚力和内摩擦角的变化规律;结合缓顺倾边坡失稳机理分析,推导出了安全系数表达式,揭示了泥岩强度变化对整体边坡的影响规律.结果表明:随着含水率的变化对泥岩的黏聚力和内摩擦角呈现出类似的变化规律,但是有所区别;黏聚力在试样含水率...     

煤矿巷道围岩注浆堵水新型水泥浆液性能研究

针对深部煤矿巷道涌水问题严重影响煤矿施工安全,而普通水泥浆液对于微小岩石裂隙又难以封堵的难题,以微米级粉煤灰代替部分超细水泥,加以常用的聚羧酸减水剂,并使用外掺剂纳米CaCO_3改善复合浆液性能。试验结果表明:浆液性能变化随水灰比变化而变化,其与初始黏度、结石率和强度成负相关,与流动度呈正相关;而纳米CaCO_3的适当添加使得强度略有提升,但黏度、流动度及结石率没有明显变化;微米级粉煤灰的掺加降低了黏度、结石率及强度,并适当提高了流动度;聚羧酸减水剂与流动度呈正相关,与结石率呈负相关,但对黏度和强度影响较小;浆液黏度随时间的变化可分为稳定期和上升期2个阶段,稳定期黏度变化率不超过15.5%。     

高强度低黏度注浆材料配比试验研究

为满足微裂隙岩体注浆加固要求,需研究一种强度高、黏度低的高性能注浆材料。选用超细水泥、硅粉、超细粉煤灰、聚羧酸系减水剂为原料,结合单因素试验和正交试验,对浆液进行改性。试验结果表明：在水泥中掺加4%～12%的硅粉,浆液的结石体强度可以提高8%～34%|用超细粉煤灰替代一定量的水泥,可以降低浆液的黏度,当粉煤灰替代量超过20%后,浆液黏度不再降低,达到作用极限值|聚羧酸系减水剂对于降低水泥浆液的黏度有着显著效果,掺加0.1%～0.5%的减水剂,浆液的黏度可以降低25%～90.6%,减水剂掺量越高,浆液析水率越大,浆液越不稳定|当水灰比为0.8、硅粉掺量为10%、粉煤灰代替量为20%、减水剂掺量为0.3%时配置的浆液性能最优,新型浆液结石体28d抗压强度为22.98MPa,比纯水泥浆液结石体的抗压强度提高13.6%,黏度为21.83s,比纯水泥浆液黏度降低89%。     

超细水泥浆液流变性能试验研究

基于超细水泥的基本物理力学性质,对其浆液的流变性能进行试验研究.得出了水灰比和高效减水剂对超细水泥浆液粘度的影响规律、超细水泥浆液粘度时变性特点以及减水剂对时变性的影响规律.     

不同速率下的煤岩剪切强度力学特性

对汾西高阳煤矿9~#、10~#、11~#煤岩试样进行不同速率下的剪切强度的力学性质试验研究。结果表明:该地区煤岩剪切强度在45°和55°剪切角下随剪切速率的增加有降低趋势,在65°剪切角下为增强趋势。煤岩的剪切峰值强度随法向应力的增加有增强的趋势。剪切峰值强度与法向应力关系曲线基本呈线性。在0.001 mm/s速率下煤岩的黏聚力为1.52 MPa,内摩擦角为36.46°,在0.01 mm/s和0.1 mm/s速率下黏聚力分别为2.44 MPa和2.35 MPa,内摩擦角为25.59°和32.37°。     

注浆对岩体节理面加固作用的试验研究

为了确定裂隙注浆后对围岩理化性质的影响,通过现场采样,制作了5个红砂岩尺寸相同试件,在试件进行模拟注浆,借助激光扫描仪对试件在不同配比注浆材料和保养天数后,注浆材料对注浆岩体的节理面影响。结果表明:随水灰比的增大,红砂岩试件的最大剪切应力呈不断减小的趋势,且养护天数越长剪切应力越大,水泥—岩体的黏聚力先增大后减小,而内摩擦角先减小后增大;对试件施加的法向应力越大剪切应力越大,相同法向应力下添加减水剂的水泥—岩体大于未添加减水剂的最大剪切应力;节理面注浆宽度越大,红砂岩试件的最大剪切应力越大,且随水泥水灰比的增大试件的最大剪切应力逐渐减小;随结构面粗糙度的增大,剪切应力呈不断上升的趋势。     

粒径对风化壳淋积型稀土矿强度特性影响的实验研究

为了研究粒径对风化壳淋积型稀土矿强度特性的影响及其机理，以制备的四种粒径稀土矿样为研究对象，开展不同正应力下直剪实验和XRD实验，分析粒径对稀土矿石剪切强度的影响规律，揭示粒径对黏聚力与内摩擦角的影响作用机理。结果表明：同一正应力条件下，矿样剪切强度随粒径增大而增大，且剪切应力峰值出现的时间随粒径增大而变短；剪切位移随粒径增大而减小；利用回归分析方法，构建粒径与黏聚力和内摩擦角的关系模型；-0.075mm矿样中粘土矿物比例最大，颗粒表面间形成较厚的结合水膜，剪切强度最小，而+0.45mm矿样中石英和长石等非粘土矿物比例最大，颗粒间摩擦作用大，剪切强度最大。研究成果为预防和控制风化壳淋积型稀土矿边坡失稳提供理论依据。     

基于直剪试验的胶结充填体与岩石接触面力学特性研究

采场充填体与围岩接触面处的强度参数对研究采场充填体应力分布及其揭露稳定性具有重要意义。本文对全尾砂胶结充填体与花岗岩光滑面形成的充填体—岩石接触面试块进行了直剪力学试验研究,从充填体灰砂比（1:4、1:10和1:20）、养护龄期（7d和28d）及接触面法向应力（50kPa、100kPa和150kPa）、三个方面研究对比了接触面的剪切峰值强度和残余强度,探索了接触面的内摩擦角和黏聚力的相互关系。结果表明：充填体-岩石接触面的峰值剪切强度和残余剪切强度均随法向应力的提高而线性增加;接触面的峰值剪切强度随灰砂比、养护龄期的增加而显著提高,但接触面残余剪切强度随灰砂比和养护龄期的改变基本无敏感性;接触面的内摩擦角明显大于等配比和龄期充填体的内摩擦角,而接触面的黏聚力则小于等配比和龄期充填体的黏聚力,并得出了接触面内摩擦角和黏聚力分别与等配比和龄期充填体内摩擦角和黏聚力的线性相关换算关系。     

块石含量及形状对胶结充填体力学性能影响研究

为研究块石含量及形状对胶结充填体力学性能的影响,针对胶结充填体进行了不同块石含量和块石形状的对比试验。实验发现:在给定条件下,胶结充填体的峰值强度随含石量的增加先增后减;当含石量小于30%时,块石为废石的胶结充填体试样与块石为卵石的试样相比峰值强度略低;而当含石量大于30%时,块石为废石的试样峰值强度比块石为卵石的试样大。废石充填体黏聚力随含石量增加而下降,内摩擦角有增大趋势;卵石充填体黏聚力与废石充填体类似,但内摩擦角随含石量表现出先增后减趋势。结果表明:块石含量及形状对充填体抗压强度有影响,且含量小于30%时,废石对充填体抗压强度敏感,超过30%,卵石对充填体抗压强度敏感;块石含量对充填体黏聚力有抑制作用;当块石为废石时,块石含量对内摩擦角有促进作用,当块石为卵石时,块石含量存在最优值使得块石充填体内摩擦角最大。     

低黏度超细水泥浆液配比试验研究

为配制1种高效注浆的低黏度超细水泥浆液,以超细水泥,减水剂和超细粉煤灰为试验材料,采用正交试验方法,通过SPSS软件处理试验数据,分析水灰比、粉煤灰和减水剂对浆液的黏度、结石体强度、析水率和密度的影响规律,从而得到最优的浆液配比。结果表明:水灰比是影响考核指标的主要因素;随着减水剂掺量的增加,28 d强度和浆液密度无显著变化,但黏度持续降低,7 d强度增强,析水率增高;随着粉煤灰掺量的增加,黏度下降,7 d强度增强,但对28 d强度、析水率和密度的影响不显著;当水灰比、减水剂掺量和粉煤灰掺量分别为1∶1、0.25%、25%时为浆液最佳配比。     

水泥-粉煤灰-水玻璃注浆材料强度影响因素试验研究

为研究不同配比水泥-粉煤灰-水玻璃注浆材料结石体抗压强度的变化规律,在正交实验设计原则指导下,确定了影响浆液性能的水固比、粉煤灰掺量、水玻璃添加比例三个因素以及各因素的水平,设计了正交实验方案,测试了结石体抗压强度。通过极差和方差分析了各因素对抗压强度的影响规律,最终得出水固比0. 8∶1、粉煤灰掺量20%、水玻璃添加比1%的浆液结石体强度性能最好。采用多元非线性回归法建立结石体28d强度与三因素之间定量关系的基础上,分析浆液固化过程和结石体SEM图像,阐明了三因素对结石体强度的影响机理,认为粉煤灰掺量超过20%会减少氢氧化钙(CH)六方晶体的析出,水固比的增大会稀释浆液,直接导致浆液凝结速度变缓,水玻璃添加比过大一方面会导致浆液凝结过快,其他物料不能充分反应,另一方面会抑制氢氧化钙(CH)的生成,导致强度降低。     

纳米碳酸钙改性超细水泥注浆材料研究

研制了一种低粘度超细水泥复合浆液,以满足深井井筒微裂隙注浆堵水的要求。以超细水泥,纳米碳酸钙,减水剂和超细粉煤灰为试验材料,采取正交试验,研究了在不同水灰比,纳米碳酸钙掺量,减水剂和超细粉煤灰掺量的条件下,浆液的黏度、析水率、凝结时间和结石体抗压强度的变化规律。结果表明:随着水灰比增大、超细粉煤灰和减水剂掺量增加,黏度降低;随着纳米碳酸钙掺量增加,黏度先降低后小幅度升高;随着水灰比增大、超细粉煤灰和减水剂掺量增加,析水率有不同程度的增加;随着纳米碳酸钙掺量增加,析水率先增大后减小;随着纳米碳酸钙掺量增加,初凝和终凝时间都是先增大后减小,随着水灰比增大、超细粉煤灰和减水剂掺量增加,初凝和终凝时间都有不同程度的增大;水灰比增大,结石体28d抗压强度减小,随着纳米碳酸钙掺量增加,结石体28d抗压强度先增大后减小,超细粉煤灰掺量增加使28d抗压强度略有减小,减水剂对28d抗压强度影响很小,可忽略不计。     

纳米材料改性水泥浆液凝结与流动特性试验研究

为解决深部地下岩体微裂隙难以注浆的难题,通过物理试验与正交试验相结合的方法,综合研究超细粉煤灰掺量、纳米硅溶胶掺量、减水剂掺量和水灰比4个因素对浆液凝结特性及流动特性的影响规律。试验结果表明:水灰比对于改性水泥浆液性能的影响较大,水灰比的增大会使浆液凝结时间增长,黏度、结石率明显下降。减水剂和超细粉煤灰能够有效提升浆液的流动特性。纳米硅溶胶对于浆液的凝结特性有着显著影响,纳米硅溶胶掺量增多,浆液的凝结时间减少,结石率上升,黏度略微上升。     

地面注浆加固顶板高掺量粉煤灰水泥浆液材料性能研究

针对垮落带直覆下采煤破碎顶板低强度加固特点,基于粉煤灰对水泥浆液性能影响,采用室内静置试验方法,分别对不同水泥粉煤灰比例的浆液进行了优化试验并得出最优强度和流动性配比。试验结果表明,水泥浆液的抗压强度和流动度随固相比的减小(粉煤灰掺量增大)而降低,但凝结时间随之延长及结石率随之增大;硬化体早期强度较低,后期强度有明显增长。当固相比为2∶8时,水泥和粉煤灰的物理化学反应良好,流动性能整体上较好,结石体强度在1MPa以上,凝结时间也较长。研究成果在许疃矿7228工作面垮落带直覆下采煤地面注浆加固工程中取得了良好的应用效果。     

降雨入渗对砂质边坡变形和稳定性的影响

基于砂质边坡的数值仿真模型,研究了降雨入渗对边坡稳定性和变形的影响规律。研究发现:边坡安全系数随着降雨持续时间和强度的增大呈现降低的趋势,随着边坡角度、高度的增加而减小,随着内摩擦角、黏聚力的增加而增大;而边坡高度和坡角对边坡滑动深度影响较小;土体内摩擦角大的边坡容易发生浅层滑坡,黏聚力大的边坡容易发生深层滑坡。随着降雨持时的增加,在边坡坡脚位置水平位移产生突变,为边坡最容易剪切滑出位置。抗滑桩的抗剪承载力越大边坡安全系数就越大,但承载力大的抗滑桩会加深滑裂面的位置;抗滑桩在加固位置位于边坡中下部时的安全系数比设置在上部时增加2%~5%。因此,在不改变危险滑裂面的情况下,合理设计抗滑桩强度可以提高边坡安全系数。     

原状黄土节理抗剪强度试验研究

黄土节理的剪切强度特性对于含节理黄土工程的稳定性有重要影响,为此在大量野外调研的基础上,采集典型黄土节理土样,首先对不同节理表面形态进行分类以制备试样,然后采用室内直剪试验研究了含水量对黄土节理剪切强度参数的影响规律,并与室内大型直剪试验对比,研究尺寸效应对剪切强度的影响,最后依据试验结果研究了节理剪切应力-位移规律。研究表明:黄土节理的抗剪强度关系符合摩尔-库伦准则,且黏聚力可忽略不计;随含水量的增加,黄土节理峰值内摩擦角最初的变化幅度较小,当大于某个含水量值时,峰值内摩擦角减小幅度变大,其变化规律可用指数形式进行描述;试样尺寸主要影响节理面起伏度对剪切强度的贡献,尺寸越大,其剪切强度也越大;其剪切应力-位移曲线属非线性屈服剪切型曲线,并构建了本构模型,对初始剪切刚度研究发现其随含水量增加减小,随正应力增加呈线性增加。     

矸石山岩体的抗剪特性试验研究

对李家壕煤矿矸石山进行实地勘察选点，对不同排弃时间段的矸石岩体进行原位剪切试验和室内大型剪切试验，分析了相应试验的矸石岩体剪切应力-剪切位移曲线规律，计算了不同压力级别下的峰值抗剪强度，并结合Hoek-Brown岩体强度准则分析黏聚力和内摩擦角试验值。结果表明：矸石的排弃时间越长，外部载荷影响次数越多，所处矸石山边坡堆积层位高度越低，矸石块体的胶结情况就越好，则矸石岩体滞后达到峰值强度，其抗剪强度就越大|原位剪切试验中矸石岩体呈剪切型摩擦剪切，与大型剪切试验的矸石块体剪切应力-剪切位移曲线都呈一定的线性规律，表现出峰值强度前阶段，随着剪应力的增加，以明显的弹性剪切变形为主|矸石原位剪切试验的黏聚力和内摩擦角都比大型剪切试验值大，Hoek-Brown岩体强度准则估计的黏聚力值都比试验值偏大，而内摩擦角估计值和试验值较为接近。该成果可为今后研究矸石岩体抗剪特性及矸石山边坡稳定性分析提供参考。     

粗粒含量对排土场堆石体剪切变形和强度的影响研究

为探讨粗粒含量对堆石体剪切特性的影响, 采用室内中型直剪仪, 对不同组构试样开展了剪切试验。研究表明, 粗粒料剪切过程中没有明显的峰值强度, 且应力应变关系表征为应变硬化型。相同正应力条件下, 试样剪切应变达到1/100时的剪切模量随粗粒含量增加而增大, 试样在破坏时的剪切模量随着粗粒含量增加呈先增大后减小的趋势, 且粗粒含量为70%时试样剪切破坏模量达到最大值。粗粒料内摩擦角与粗粒含量之间存在指数关系, 相关系数为0.912 6, 摩擦角随粗粒含量增加而增大; 粘聚力与粗粒含量间的规律性尚不明显。