不同浓度(NH_4)_2SO_4液浸矿稀土矿体强度特性研究

为研究有效浸矿时间内离子型稀土矿浸矿过程中强度影响因素,设计了室内模拟浸矿试验。用不同浓度浸矿液进行浸矿,得到了经过每个浸矿时间段以后稀土试样的孔隙率值。结合三轴压缩试验,分析了不同浓度(NH_4)_2SO_4浸矿液在浸矿过程中对试样内摩擦角、内聚力的影响规律。同时利用最小二乘法对浸矿各个时间段孔隙率的值与内聚力的值进行拟合处理。经分析表明,浸矿液的渗流作用增大了土体孔隙率,通过这一物理弱化作用降低了土体强度,且随着孔隙率的增大,其对土体强度弱化作用减小;除了液体对土体的物理弱化作用外,浸矿液在浸矿过程中硫酸铵与稀土矿也发生了剧烈的化学反应,改变了稀土矿内部结构,减弱了离子型稀土矿体强度。     

块石胶结充填体组成材料的力学特性

目前,国内外对于块石胶结充填体组成材料力学特性的研究较少,而材料的力学特性在一定程度上影响充填效果的好坏.基于目前的研究成果,借助室内单轴抗压、抗拉试验,得到块石胶结充填体各组成材料的应力-应变关系曲线、载荷-时间关系曲线.结果表明:3种组成材料强度差异性大;骨料试件的强度远远大于尾砂充填体试件与骨料-尾砂试件;骨料试件与骨料-尾砂试件峰后应力跌落较快,表现为脆性特征;尾砂充填体试件在到达峰值应力后下滑迟缓,说明其具有一定残余强度;尾砂充填体试件与骨料试件在单轴荷载的条件下具有初始压密、线弹性变形、塑性变形和失稳破坏4个阶段.     

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应变特性研究

为研究深部灰岩蠕应变特性,采用GDS-VIS三轴流变仪对不同深度试样做分级加载单轴蠕变试验。基于试验结果,计算出灰岩长期强度与瞬时强度之比的均值为0.758,且深度越深比值越小;分析不同深度灰岩在各分级应力水平下轴向蠕应变增量与加载级数的变化规律,并将蠕应变增量进行一次累加,得到轴向蠕应变。结果表明:蠕应变增量随级数的增加呈现先减小后剧增的变化规律,且随深度增加,蠕应变增量达到谷底所对应的应力百分比有明显增大趋势;在分级加载过程中,随级数增加,轴向蠕应变先后呈现减速增加、等速增加和加速增加3个发展阶段;当恒载应力百分比为60%~70%时,蠕应变趋于稳定,当超过该范围后,蠕应变加速增加直至发生蠕变破坏。研究得到的这一应力百分比范围可以为识别深部灰岩是否会发生蠕变破坏提供依据。     

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。     

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。     

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。