不同块石配比充填体的强度特性研究

利用RMT-150C型液压伺服控制系统进行不同块石含量胶结充填体的室内单轴抗压试验,得到块石质量百分数为0时抗压强度值为3.800 MPa,30%时抗压强度值为4.090 MPa,40%时抗压强度值为2.729 MPa,50%时抗压强度值为3.333 MPa,抗压强度值随块石含量增加呈现先增后减再增的变化规律;分析4组应力-应变曲线峰值应力对应的应变可得,块石含量为0时峰值应力对应的应变在0.006附近,30%时峰值应力对应的应变在0.0075附近,40%时峰值应力对应的应变在0.010附近,50%时峰值应力对应的应变在0.0125附近.说明块石的增加有效提高了充填体的变形能力,但在一定程度上削减了充填体的支承能力.     

分级加载条件下深部灰岩蠕变试验及模型

通过对矿山深部灰岩开展分级加载单轴蠕变试验,获取了不同应力水平下轴向和径向蠕应变,基于试验结果,分析各分级应力水平下轴向蠕应变、径向蠕应变和体应变的变化规律,研究轴向和径向蠕应变与各分级总应变的比值关系,并将该比值依次定义为蠕变效应比Kz、Kh,二者之差为Kh-z。研究发现：随着应力水平的提高,各分级轴向和径向蠕应变均先增加后减小;当恒载应力小于51 MPa时,试样体积压缩, Kh-z在±0.28%范围内,表明轴向蠕变与径向蠕变效应彼此相当;当超过该应力水平后,试样扩容,Kz和Kh剧增,Kh-z由0.21%突增至2.64%,在试样发生蠕变破坏时达到峰值,表明与轴向蠕变相比,在扩容阶段径向蠕变效应更加明显。选用西原体模型来描述灰岩轴向蠕变特性,通过曲线拟合的最小二乘法求取蠕变模型参数,R2均值为0.931,拟合效果较好。     

不同骨料含量胶结充填体的应力—应变关系研究

为研究粗骨料对充填体应力—应变关系的影响,在RMT-150C岩石力学试验系统上对4组不同粗骨料取代率充填体试件进行单轴压缩试验。结果表明:粗骨料对充填体应力应变、弹性模量等物理参数均有较大影响;适量骨料可显著提升充填体强度,同时保证了充填体对变形能的吸收能力,表明其内部结构是材料及配比之外对峰值强度产生较大影响的又一关键性因素,可为矿山充填料制备与充填方案选取提供参考;4组试件峰值点损伤值分别为0.28,0.33,0.26,0.30,骨料含量为20%的充填体峰值强度最大,损伤程度也最大;对比理论与试验曲线,发现基于损伤力学的本构模型对含骨料充填体峰前阶段应力应变及损伤的描述是准确的。     

块石胶结充填体循环加卸载损伤特性研究

在RMT-150C岩石力学试验系统上对四种不同块石含量胶结充填体试件进行单轴压缩和逐级循环加卸载试验,得到其损伤破坏全过程应力—应变曲线;通过分析各组循环过程应变与动弹性模量变化,发现块石胶结充填体卸载点应力水平由低到高的每个循环过程中,试件呈现先强化后劣化的规律,且适量块石的加入可提升充填体强化过程。采用改进的混凝土分段损伤本构模型对循环加卸载下的块石胶结充填体受压破坏应力—应变曲线外包络线进行拟合,理论曲线与试验曲线吻合度较高,此模型对块石胶结充填体循环加卸载损伤破坏过程描述较为准确。     

块石含量对充填体残余承载阶段损伤演化影响研究

块石胶结充填体中块石含量是决定承载能力的关键因素,在RMT-150C材料试验机上进行不同块石含量的尾砂胶结充填体单轴压缩实验。试验结果显示了不同块石含量胶结充填体承载过程中残余承载阶段应力-应变变化关系。利用损伤力学理论建立了不同块石含量的损伤本构方程及损伤演化方程。对比损伤-应变关系曲线,发现随着块石含量的增加,块石胶结充填体应力峰值所对应的损伤值逐渐增加。分析认为,块石含量对充填体试件残余承载阶段的损伤增长速率的影响规律是块石含量较低（10%、20%）时加速损伤增长,块石含量较高（30%）时抑制损伤增长。     

块石对充填体损伤演化影响的声发射表征

块石胶结充填体中块石含量是决定承载能力的关键因素,在RMT-150C材料试验机上进行不同块石含量的尾砂胶结充填体单轴压缩实验,利用1 MHz的宽频声发射传感器采集峰值破坏前各阶段声发射参量,试验结果显示了块石对充填体不同承载阶段应力-应变水平的影响。对比应力-应变-累计声发射事件数关系,发现块石的掺入有利于降低充填体裂纹产生与扩展的速率从而使其承载能力得到加强。分析试验数据得到用累计声发射事件数表征充填体损伤程度的关系式,并得到2组试件的损伤-应变水平关系曲线。分析表明,块石的加入有效抑制充填体前期的损伤增长速率,并使得损伤激增段出现后延趋势。     

循环载荷下胶结充填体损伤声发射表征

胶结充填体是充填采矿法应用的关键部分,其稳定与否是充填采矿成功实施的基础和前提。实际采矿活动对充填体产生一种循环重复的加卸载扰动,通过研究循环加卸载作用下充填体损伤破坏过程的声发射特征,探求充填体的损伤演化机理,可为充填体声发射监测技术提供基础性依据。本研究利用RMT-150C电液伺服系统和PIC-2型USB数字多通道声发射仪对灰砂比为1∶4的4组试样进行多级加卸载试验,模拟充填体实际所处应力环境。通过对试验过程系统接收到的声发射信号分析处理后,发现了循环载荷下胶结充填体的损伤演化具有3个不同阶段特征;同时用经过声发射参数量化后的损伤值表征充填体的损伤,为充填体稳定性监测技术的建立提供数值依据。     

基于声发射概率密度函数固废胶结充填体损伤分析

固废胶结充填体是保障矿山安全回采的关键承载结构,为探究其实际承载损伤破坏过程,在RMT-150C岩石力学测试系统上对不同粗骨料含量的4组胶结充填体试样进行了单轴压缩与循环载荷下的声发射试验。结果表明：循环载荷下,4组试样均具有显著的Kaiser效应,且含块石的3组试样声发射事件数更丰富,峰值应力前达到了纯尾砂试样的152%、225%和300%。同时,利用声发射概率密度与承载应力水平间的关联性,得到了4组不同块石含量胶结充填体的声发射概率密度方程,通过声发射概率密度函数实现了声发射参数量化分析胶结充填体承载损伤过程。对比损伤变量-应力水平曲线可以看出,块石的加入能够有效减缓并抑制前期损伤,当块石含量为20%时,效果最好。     

循环载荷下块石胶结充填体声发射特性研究

利用RMT-150C岩石力学试验系统和PCI-2型声发射采集系统,对灰砂比为1∶4的纯尾砂充填体与块石作骨料的胶结充填体在不同幅值循环加卸载条件下损伤破坏全过程的声发射特性进行了研究。试验结果显示：含块石充填体在循环载荷下损伤破坏过程声发射信号较纯尾砂充填体更加丰富,且均表现出在加卸载应力幅值为80%的阶段声发射活动最为平静的共性。试验数据处理结果表明：充填体Kaiser效应的有效应力区间为相对应力水平低于70%,超过这一区域后,Kaiser效应失效,Felicity效应显著。     

渗流作用下稀土矿孔隙结构与强度弱化关系研究

为研究纯水入渗过程中重塑稀土试样微观孔隙结构和强度的变化规律,进行了室内模拟浸矿、核磁共振和三轴压缩试验。结果表明：随着纯水渗流浸矿时间的推移,试样内部微观结构的变化呈现中等孔径孔隙向大孔径孔隙变化的趋势;2个主要强度指标值即黏聚力和内摩擦角随纯水入渗时间推移呈现大幅减小的变化规律。综合分析结果表明,渗流作用使矿体内部孔隙结构发生改变从而诱发矿体强度逐步弱化;孔隙结构的变化是造成矿体强度弱化的主要诱因。