冻融循环条件下岩石物理力学指标相关性分析

为了得到冻融循环条件下岩石强度指标与物理指标的关系,在室内实验和理论分析的基础上,建立了冻融循环过程中岩石抗压、抗剪强度力学指标与纵波波速、孔隙率物理指标的关系。试验结果表明:随着冻融循环次数的增加,岩石的孔隙率增大,纵波波速、单轴抗压强度、弹性模量、黏聚力降低;冻融循环条件下粗砂岩的孔隙率、纵波波速与单轴抗压强度、弹性模量、黏聚力之间具有良好的相关性。通过测量经历不同冻融次数的岩石的孔隙率和纵波波速,较好地反映出冻融循环过程中岩石强度的衰减关系。     

冻融循环作用下的花岗岩边坡岩体强度研究

以伊春鹿鸣钼矿发育的花岗岩边坡岩体为例,开展不同风化程度的花岗岩岩石样品的冻融循环单轴抗压强度试验和纵波波速试验,得到不同风化程度的花岗岩冻融循环单轴抗压强度和纵波波速损失程度不同,风化程度高的花岗岩冻融系数较低;冻融循环作用下的花岗岩单轴抗压强度冻融系数与纵波波速损伤变量之间为线性关系,对于不同风化类型的花岗岩,其线性关系高度相近。从边坡稳定性分析的角度出发,提出了2种获取冻融循环花岗岩边坡岩体强度参数的方法,并进行了计算验证。结果显示:采用单轴抗压强度冻融系数直接折减抗剪强度,或采用纵波波速冻融系数折减RMR值后推导抗剪强度,所得结果均可进行边坡稳定性计算;相对来讲,后者计算的安全系数与边坡体实际稳定状态更为接近。     

冻融循环和围压对岩石物理力学性质影响的试验研究

对饱和红砂岩进行开放系统下的冻融循环试验,记录红砂岩的冻融劣化过程及破坏特征;当试样经历0,5,10,20,40次冻融循环后,分别进行4种设定围压下的力学特性试验,分析了冻融循环和围压对岩石物理力学性质的影响规律。研究表明:红砂岩的冻融劣化模式主要为颗粒剥落、龟裂、脱落及断裂模式。随着冻融循环的进行,岩样的质量和密度呈现先增后减的趋势,而纵波波速持续减小;随着冻融循环次数和围压的增加,岩石的压缩性不断增强,峰值应变逐渐增大,塑性屈服段渐趋明显,残余强度降低速率减慢,破坏形式由脆性转化为延性;而弹性模量、抗压强度及残余强度随着围压的增大不断增大,随着冻融循环次数的增大明显减小。岩石的细观结构经历损伤的非线性演化,显现出宏观力学特性的变化。     

硫酸盐侵蚀和冻融循环作用对砂浆质量损伤的影响研究

通过冻融循环试验,比较不同水灰比、不同胶凝材料、不同浓度硫酸钠溶液对质量损失的影响。结果表明:相同条件下水泥砂浆试件在5%的硫酸钠溶液中进行冻融循环,其质量随冻融循环次数增加呈逐渐下降的趋势,且水灰比越大,质量损失率越大;随冻融循环次数增加,掺加粉煤灰的砂浆试件对冻融循环由抑制作用变为促进作用,而高抗硫酸盐水泥的抗冻性优于普通硅酸盐水泥;相同水灰比下普通硅酸盐砂浆试件在硫酸盐中的质量损失率比水中小,即硫酸盐中的抗冻性优于水中的抗冻性。     

改良铁尾矿砂混凝土的力学和耐腐蚀性能研究

采用高硅型铁尾矿砂制备改良混凝土,并对其抗压强度、渗水性能、冻融特性以及耐腐蚀性进行研究.结果 表明:水灰比为0.45且铁尾矿砂掺量为20％时铁尾矿砂混凝土的抗压强度可达到最大值;随着浸泡酸碱溶液天数的增大,混凝土试样的抗压强度呈现出下降趋势且混凝土的质量损失率呈现出增大趋势.当铁尾矿砂掺量等于30％时,混凝土渗透系数最大;冻融次数的增大使得混凝土的抗压强度和抗冻性不断减小.     

类岩石锚固体单轴抗压强度与声波波速的相关性

类岩石锚固体声波波速与其强度特性的研究较少,针对类岩石锚固体试样制作的特殊性,结合室内单轴压缩试验,利用声波测试技术分析类岩石锚固体单轴抗压强度与声波波速的关系特点.无论标准试样有无锚固或相似原料配比变化,纵波波速增大,单轴抗压强度也相应随着增大.锚杆轴向布置和横向布置均能提高试样的单轴抗压强度,但提高的幅度很相近,这可以通过两种加锚方向的试样纵波波速变化不大来反映.对比类岩石锚固体试样单轴抗压强度随试样密度和纵波波速的变化关系,纵波波速的影响更显著.     

预制非贯通单组裂隙岩石模型力学参数试验研究

开展裂隙岩体破坏的力学特性的研究始终是岩体力学研究领域的重要课题,预制裂隙岩石模型是了解和掌握岩石破坏机理的一条重要途径,本文预置裂隙的水泥砂浆试块模拟节理发育的裂隙岩石,通过单轴压缩试验与剪切试验研究节理影响下的岩石力学参数的变化,并演示了裂隙的扩展贯通过程。结果表明:1)岩体内部节理面的张开扩展延伸直至贯通从而引起非贯通节理岩体的破坏。2)岩石模型的单轴抗压强度随着节理角度的增加逐渐下落,在节理角度达到45°时,试块的单轴抗压强度出现最小值,随后开始反向增大。3)岩石模型单轴抗压强度与节理贯通率的关系满足一定的关系式,单轴抗压强度随着节理贯通率的增大而不断降低。4)随着法向应力的增加,裂隙岩石模型的峰值剪应力也相应线性增大,当节理面存在充填物时会一定程度上提高裂隙岩石的强度。这为裂隙岩石的破坏机理提供了重要的参考依据。     

预制非贯通单组裂隙岩石模型力学参数的实验研究

开展裂隙岩体破坏的力学特性的研究始终是岩体力学研究领域的重要课题,预制裂隙岩石模型是了解和掌握岩石破坏机理的一条重要途径,本文预置裂隙的水泥砂浆试块模拟节理发育的裂隙岩石,通过单轴压缩试验与剪切试验研究节理影响下的岩石力学参数的变化,并演示了裂隙的扩展贯通过程。研究表明：(1)岩体内部节理面的张开扩展延伸直至贯通从而引起非贯通节理岩体的破坏。(2)岩石模型的单轴抗压强度随着节理角度的增加逐渐下落,在节理角度达到45°时,试块的单轴抗压强度出现最小值,随后开始反向增大。(3)岩石模型单轴抗压强度与节理贯通率的关系满足一定的关系式,单轴抗压强度随着节理贯通率的增大而不断降低。(4)随着法向应力的增加,裂隙岩石模型的峰值剪应力也相应线性增大,当节理面存在充填物时会一定程度上会提高裂隙岩石的强度。这为裂隙岩石的破坏机理提供了重要的参考依据。     

冻融循环对风化花岗岩物理特性影响的实验研究

在冻结温度为-40 ℃,融化温度20 ℃的环境下对风化花岗岩进行0,10,20,30次冻融循环实验;并对岩样进行室温下岩芯核磁共振和常规单轴压缩实验,得到冻融循环后岩石的孔隙度、孔隙分布和单轴抗压强度,孔隙度与循环次数拟合多项式。实验结果表明：冻融循环后风化花岗岩饱和水状态下的质量均会增加;岩石内部的孔隙分布发生了明显变化;中小尺寸的孔隙数量增加且随循环次数增加而增长;花岗岩强度明显降低,冻融系数和单轴抗压强度随循环次数的增加而减小,弹性模量有所降低。最后利用损伤力学原理对岩样进行冻融损伤分析,得到有效应力与孔隙度表达式,为研究寒区岩体工程损伤破坏机理和稳定性评价提供参考数据。     

冻融循环下裂隙性泥岩的力学特性与细观损伤规律

冻融循环作用是加速岩石材料性能劣化的重要环境因素之一,也是影响露天矿边坡稳定性与安全性的重要隐患。为研究冻融循环作用下裂隙性泥岩的力学强度衰减特性和损伤效应,分别对经过0、5、10、20、50次冻融循环处理后的泥岩试样进行了单轴压缩试验和计算机层析CT扫描试验。同时,开展了扫描电镜试验对泥岩的微观损伤机理进行探究。试验结果表明:泥岩单轴抗压强度和弹性模量随冻融循环次数的增加逐渐降低,且衰减速度在0～10次冻融循环时最为显著,随后衰减速率逐渐变缓;二维CT图像显示冻融循环使泥岩试样的孔隙结构不断发育,孔隙率与循环次数和弹性模量分别呈指数关系和负线性相关,该现象说明泥岩细观结构损伤的累积与宏观力学特性衰减程度显著相关;在冻融循环作用下,裂隙性泥岩内部微观结构的损伤程度逐渐加深,裂隙的拓展和颗粒接触关系的改变是导致泥岩强度下降的重要因素。上述分析对于裂隙性泥岩分布地区的露天矿山边坡设计与施工有一定的参考意义。     

孟家堡子铁矿岩移控制方法研究

孟家堡子铁矿露天开采完成后,位于+70 m水平以下的矿体采用无底柱分段崩落法开采,随着井下采矿的进行,覆岩已经冒透至露天坑底,形成了大规模的地表塌陷坑,岩移活动对地表办公区及竖井构成了严重威胁。目前矿山存留的废石无法满足地表塌陷坑充填需求,致使塌陷坑边壁岩移发展无法得到有效控制。根据临界散体柱支撑原理,试验研究了尾砂替代废石充填地表塌陷坑的岩移控制新方法,分析了不同尾砂浓度及散体粒径分布下的尾砂渗透特征,得到了受散体下落高度影响的尾砂混入高度预测表达式。研究表明：70%~80%浓度下的尾砂混入高度范围为130.76~42.36 m,该浓度范围内的尾砂混入高度小于塌陷坑内散体覆盖层的最小厚度,即采用该浓度范围内的尾砂充填地表塌陷坑是安全可行的,最终确定的现场合理尾砂充填浓度为75%~80%。为确保充填作业安全顺利进行,将塌陷坑划分为斜面充填区与饱满充填区,提出了沿塌陷坑轴向与径向三向协同充填方法,为矿山安全、绿色、高效开采提供了有力保障。     

充填散体作用下采动岩移的预测及其应用

弓长岭铁矿东南采区上含铁带应用露天开采,下含铁带应用无底柱分段崩落法开采,因开采规划不合理导致上含铁带、下含铁带平行矿体高差约300 m,严重影响矿山安全生产.为保障该矿露天地下协同安全生产,提出利用上含铁带剥离的废石充填下含铁带塌陷坑.利用FLAC3D软件模拟下含铁带开采过程,并对比分析了有充填散体、无充填散体作用下...     

临界散体柱主要影响因素研究

地下矿山采用空场法或崩落法开采时，空区顶板岩层冒落至地表后，引起的岩移对地表工业设施及环境构成了严重威胁，临界散体柱理论的提出为地表岩移控制提供了新思路。以锡林浩特萤石矿急倾斜中 厚矿体浅孔留矿法开采现状作为工程背景，通过现场监测调研与相似物理试验，研究了临界散体柱的主要影响因素。结果表明：①临界散体柱高度随着矿体倾角增加而减小，随着井下放矿的进行，松动散体柱高度仅 为散体总高度的39.4%~45.7%，其上方密实散体柱对于限制岩移起主要作用；②针对不同的矿体厚度，通过增加散体充填高度降低厚跨比，可控制地表塌陷范围；③围岩适当变形可以增加散体的被动侧压力，降低塌陷 坑边壁岩体稳定所需的临界散体柱高度；④塌陷坑散体结拱特性受散体粒径分布与塌陷坑宽度的共同影响，控制着临界散体柱的有效作用高度，锡林浩特萤石矿散体临界结拱粒径范围为0.5~0.7 m，临界结拱宽度为 3.5~4.0 m，远小于塌陷坑的实际分布宽度，即散体能够保持连续流动，表明临界散体柱理论能够较好地应用于锡林浩特萤石矿。     

弓长岭铁矿高落差端部矿体安全开采技术研究

弓长岭铁矿二矿区的中央区地下回采工作面与东南区露天采场的落差高达700 m,且在-220 m水平由中央区向东南区扩采了200 m,因此2区衔接部位有约500 m长的高落差端部矿体处于移动带内,未纳入露天设计开采范围。通过分析端部矿体的赋存条件及岩移危害形式,发现只有地表塌陷坑边壁的片落对端部矿体的开采构成安全危害,据此,运用临界散体柱理论,提出了向地表塌陷坑充填废石的措施,以控制塌陷坑边壁片落,并制定了沿塌陷坑边帮与轴线方向协调排岩的工艺方法,以保障排岩的施工安全。在此基础上,东南区露天采场西侧的端部矿体可以进行开采,可由东南区露天采场向西扩采完成。     

基于露天地下协同开采的地表岩移控制技术研究

以某超大规模矿山露天与地下协同开采现状为工程背景,运用室内试验、理论分析与数值模拟相结合的方法,研究了急倾斜多层位矿体露天与地下协同开采条件下的地表岩移控制方法。首先,通过散体流动特性试验,得到塌陷坑内散体的临界跨径比为2.64,塌陷坑实际宽度远大于散体有效流动所需的最小宽度值,即散体流动过程中不会发生结拱现象;其次,根据临界散体柱支撑原理与数值模拟分析,塌陷坑内临界散体柱仅占整个散体堆积高度的22.98%~25.31%,裂隙主要存在于临界散体柱两侧的边壁围岩中,地表岩移程度主要由临界散体柱控制;然后,通过计算分析,得到塌陷坑散体覆盖层一次下移量的最大值约为0.27 m,证实了向塌陷坑充填废石散体的安全可行性。在上述分析的基础上,提出了沿塌陷坑边帮与走向方向的两步三向协同排岩岩移控制新方法,在示范矿山应用效果良好,取得了显著经济效益,为解决围岩及地表移动变形造成的重大地质灾害提供了理论和技术支撑。     

早强剂对固结粉胶凝材料混合骨料充填体强度的影响

为实现废石和固结粉胶凝材料在金川矿区充填采矿中的应用，首先开展了不同配比废石—棒磨砂混合骨料粒径级配分析，获得废石与棒磨砂配比为4∶6混合骨料的堆积密实度为0.635和泰波幂指数n为 0.591；然后，针对废石含量为10%~50%的混合骨料，分别开展了添加和不添加早强剂的固结粉胶结充填体强度试验。结果表明：充填体强度随着废石含量增加呈现先提高后降低趋势。当废石含量为40%，料浆浓度为 79%~81%时，不添加早强剂的固结粉胶结充填体3、7、28 d平均强度分别达到1.23、3.79、5.98 MPa，其早期强度低于矿山设计强度；添加早强剂时，胶结充填体3、7、28 d平均强度分别达到1.55、3.34、6.46 MPa， 满足金川矿区下向分层进路胶结充填采矿作业对胶结充填体强度的要求。由此确定，胶砂比1∶5、废石∶棒磨砂4∶6、浓度79%~81%、添加1%早强剂的固结粉胶凝材料混合骨料可在金川矿区推广应用。     

露天地下协同采矿充填方法

针对弓长岭铁矿东南区低品位铁矿床平行矿带条件、高落差开采引起的地表塌陷区控制需求,分析了用常规充填法控制地表岩移所面临的产能低与经济效益差等问题,研究了塌陷坑内散体对实体边壁的控制作用,提出了利用临界散体柱原理控制地表塌陷范围的新型充填方式;试验研究了移动散体的结拱条件,揭示了塌陷坑内散体流动的连续性,得出向塌陷坑充填废石不会发生结拱陷落危害的结论;观测分析了塌陷坑壁面的构成,揭示了两帮围岩主要沿结构弱面向塌陷坑片落或滑落的特性,据此提出了沿塌陷坑轴向、径向协同排放废石以防治边壁滑落危害的安全充填技术;此外,地下采用大结构参数无底柱分段崩落法开采,在增大开采强度的同时均衡塌陷坑散体的下降速度,形成了露天地下协同采充方法。理论分析与工业试验表明,该方法可大幅度提高采充生产效率和改善采充作业环境,为急倾斜平行矿带低品位铁矿床环保型高效开采开辟了新途径。     

基于正交试验充填体力学性能及配比优化研究

针对矿山充填开采成本较高、尾砂和废石等固废处置困难等问题,以废石、尾砂为实验材料,通过正交试验法确定质量浓度、灰砂比及废石掺量对粗骨料胶结充填体流动性及力学性能的影响规律,并确定出合理的配比参数。结果表明：质量浓度、废石掺量及灰砂比均为充填料浆坍落度的显著性影响因素,其中质量浓度的影响最为关键;方差分析结果表明,质量浓度、灰砂比能够对充填体3d及28d抗压强度有显著性影响,而当废石掺量为5%~20%时,废石掺量对粗骨料充填体抗压强度无显著性影响;多元线性回归模型能够准确的反映出粗骨料胶结充填体抗压强度及坍落的变化规律,且构建三维可视化模型能够直观反映出质量浓度、灰砂比及废石掺量的复合作用对充填体性能的影响;基于建立的充填体配比参数寻优模型可得出一组合理的配比参数为：灰砂比为1:9.5,质量浓度为80%,废石掺量为20%。     

地下金矿非爆破机械化连续协同开采技术

实现地下硬岩矿山非爆破机械化连续开采一直是业内追求的目标，随着材料与机械学科的深入发展以及卸荷岩石力学理论及岩石诱导破裂机制的不断完善，虽然少数地下硬岩矿山开始践行非爆破机械化连 续开采，并取得了很多有益的经验，但成功的案例仍然较少，并且非爆破机械化开采的应用条件尚不明确。结合金塘3#脉和杨山庄202#脉的赋存产状，提出了一种地下金矿非爆破机械化连续协同开采技术，即采用 EBZ160.Z型巷道掘进机开采金矿。根据矿体的厚度、掘进机截割宽度和充填方式的不同，分别提出了薄矿脉水平分层废石胶结充填法、薄矿脉水平分层尾砂胶结充填法、厚矿脉水平分层废石胶结充填法和厚矿脉水平 分层尾砂胶结充填法4种变体非爆破机械化连续协同开采方法。非爆破机械化连续协同开采技术所涵盖的“玻璃钢锚杆+高强纤维网+木支柱”支护、铲运机或装载机出矿及废石/尾砂胶结充填等工艺均取得了较好的实 践效果，具有开采成本低、劳动强度小、机械化程度高、作业连续及效率高等优势，大幅度提高了地下矿山的本质安全。     

某金矿"三下"开采移动带内地表稳定性分析

为确保移动带内地表村庄、河流、道路的安全，同时最大限度地开采地下资源，结合某金矿大断裂带构造条件下采用尾砂胶结充填采矿法的工程实例，运用概率积分法理论计算出的矿山安全开采深度为108 m，小于覆岩厚度（130 m），满足安全开采要求。采用FLAC3D数值模拟方法对该矿“三下”开采移动范围内典型剖面的地表沉降进行了分析，经计算，最大倾斜变形为0.022 mm/m、最大水平变形为0.019 mm/m，与地表实测数据较接近，满足建（构）筑物保护等级要求。根据矿山井下爆破工程特点，计算出的矿山最大爆破安全允许距离为96 m，认为矿井爆破振动不会影响至地表。研究表明：该矿“三下”开采移动带内地表建（构）筑物安全稳定，对于该矿安全高效开采以及类似矿山开采移动带范围内的地表稳定性分析有一定的参考价值。