不同孔隙比下风化壳淋积型稀土矿强度特性

风化壳淋积型稀土开采过程中,孔隙比为影响浸矿效果和矿体稳定性的关键因素.为探索不同孔隙比下风化壳淋积型稀土矿强度特性变化,选取6组重配比的稀土矿样,对不同孔隙比矿样进行了直接剪切实验,探讨孔隙演化对矿体抗剪强度的作用规律,揭示孔隙比对黏聚力和内摩擦角的影响机制.研究表明:不同孔隙比非饱和稀土矿对应着不同的剪切强度,基于试验数据发现剪应力与剪位移呈"类抛物线"变化,并建立了孔隙比与抗剪强度指标的关系模型.机制分析认为,随着孔隙比的增大,结合水膜效应逐渐弱化,粒间接触点数目也随之减少,使矿体抗剪强度减小.      

含水率对重塑红黏土反复抗剪强度影响试验研究

红黏土性质的稳定与安全生产息息相关,抗剪强度作为红黏土强度特性之一,与红黏土的稳定性密切相关。为探究含水率对红黏土反复抗剪强度的影响,以山西长治地区的重塑红黏土为研究对象进行反复直剪试验。试验结果表明：无竖向压力时,随着剪切次数的增加,抗剪强度减小并趋于稳定值,第2次剪切达到抗剪强度时对应的剪切位移小于第1次剪切时的位移,稳定剪切时对应的剪切位移大于第1次剪切时的位移;抗剪强度与含水率呈负线性关系,且抗剪强度为土体的真黏聚力,随着含水率的增加先增大后减小。当施加竖向压力后,抗剪强度随着含水率的增加而减小;利用抗剪强度表达式拟合得到内摩擦角和黏聚力,其中黏聚力随着含水率的增加先减小后增大;通过真黏聚力计算得出新的内摩擦角,2种分析方法得出的内摩擦角基本接近且均随着含水率的增加而减小,减小幅度逐渐增大。定义黏聚力差异指数比来研究真黏聚力与黏聚力之间的差异,分析得到黏聚力与真黏聚力的差异指数比在0.75~9.96之间,当含水率为19.5%时黏聚力差异指数比达到最小。利用所建立的相关经验公式,能够为红黏土地区矿山岩土勘察、设计和开挖过程中土性参数的合理选取提供一定参考。     

浸矿剂浓度对离子型稀土矿体抗剪强度参数的影响

原地浸矿过程中离子型稀土矿体与浸矿剂发生离子交换和水化作用等,导致矿体颗粒成分、级配和矿体强度发生改变,从而影响矿山边坡的稳定性,甚至会造成山体滑坡等一系列工程问题。黏聚力、内摩擦角是影响矿体抗剪强度的主要参数,通过Zeta电位测定试验、颗粒级配测定试验以及直剪试验,分析出不同浓度的浸矿剂硫酸铵溶液浸矿对离子型稀土矿样双电层厚度、颗粒级配和抗剪强度参数的影响规律。试验结果表明：浸矿作用下,对粒径小于0.075 mm的矿样,当硫酸铵溶液浓度小于2%时,随着溶液浓度增大,矿样颗粒间黏聚力减小,内摩擦角增大;当硫酸铵溶液浓度在2%～3.5%之间时,随着溶液浓度增大,矿样颗粒间黏聚力增大,内摩擦角减小。     

含水量对压实粘土抗剪强度的影响

通过室内直剪试验,研究了含水量对压实粘土的抗剪强度的影响,并从土体结构与土中基质吸力变化两个方面分析了作用机理。试验表明,随压实含水量增大,粘土的抗剪强度降低,粘聚力随压实含水量增加并非单调变化,其曲线型式类似于“”型,内摩擦角随压实含水量增加大体上是减小的;压实粘土浸水饱和后抗剪强度和粘聚力则显著降低,且压实含水量越小的土体在其它条件相同的条件下因饱和引起的抗剪强度和粘聚力损失越大,内摩擦角受浸水饱和的影响较小。     

基于水性聚氨酯与膨润土的混合固土效果试验研究

水性聚氨酯和膨润土是2种性质不同的固化剂,分别单独固化赣南离子型稀土矿山浸矿场地边坡土壤,均能有效提高土壤抗剪强度,但此2种固化剂使抗剪强度提高的影响因素不同。为提高固化剂固土的利用效果,将水性聚氨酯与膨润土按不同比例混合,重塑含水率为17.09%的浸矿场地边坡土样,土样在相同室内环境下养护3 d后进行快剪试验。结果表明：当控制膨润土比重不变,增加水性聚氨酯比重,黏聚力显著提高,内摩擦角变化较小;当控制水性聚氨酯比重不变,增加膨润土比重,黏聚力变化较小,内摩擦角先增后减。对比19种不同配比实验结果,当m（碳酸氢钠）∶m（水性聚氨酯）∶m（膨润土）∶m（水）=1∶15∶12∶100时,内摩擦角与黏聚力均达到最大值,该混合比例的固土效果最优。     

岩体抗剪强度参数对边坡安全系数的敏感性分析

云南某露天边坡岩体主要以大理岩化灰岩为主,边坡岩体整体呈中风化,随着后续开采,边坡的安全问题将制约矿山的发展。黏聚力(c)和内摩擦角(φ)是影响边坡工程和地下工程稳定性的主要因素,研究通过多种方法获得岩体力学参数,对比了由Hoek-Brown强度准则和岩体直剪试验得出的岩体参数,使用敏感性分析理论分析了内摩擦角和黏聚力对某露天矿岩质边坡的安全系数的影响。结果表明,Hoek-Brown强度准则得出的岩体抗剪强度参数比较可靠;在黏聚力和内摩擦角取值较小时,对安全系数的敏感性差异不明显,当二者取值较大时,以2%参数变化率为临界点,内摩擦角对岩质边坡的稳定性更显著。     

关于细粒土直剪值的离散因素与对策

细粒土直剪试验值受土性和试样制备、测试、成果分析及测试仪器等因素影响。提高试验人员素质,全过程精心处置是提高土样粘聚力、内摩擦角准确度的关键。     

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。     

浸矿对离子型稀土矿强度影响的试验研究

为研究浸矿对离子型稀土矿物理力学性质的影响,分别对浸矿前后的稀土矿样做直接剪切试验,根据库仑定律求出稀土矿的抗剪强度指标,结合颗粒筛分试验,分析浸矿对离子型稀土矿颗粒粒径和强度的影响规律,结果表明：浸矿发生的离子交换反应改变了离子型稀土矿颗粒的成分、粒径和级配,进而改变了稀土矿区的强度等力学性质;浸矿使稀土矿黏聚力降低50%左右,内摩擦角约增加15%,级配变差。本文的研究将为稀土开采中的边坡稳定和浸矿后尾矿的治理和综合利用提供一定的理论指导。     

原状和重塑离子型稀土矿体的孔径分布特征

为获得离子型稀土矿原状矿体和重塑矿体的孔径分布特性,利用张力计对赣南典型的离子型 稀土矿体进行现场和室内的土-水特征曲线测试试验,依据拟合得到的土-水特征曲线计算原状矿体 和重塑矿体的孔径分布.研究发现院原状矿体的比表面积为1.313 m2/g,累积孔隙总体积0.224 4 m3/g, 重塑矿体的比表面积为4.205 m2/g,累积孔隙总体积0.236 5 m3/g.重塑过程改变原矿的孔径分布,使 矿体的比表面积增加3.2 倍,但有效孔隙总体积变化不明显,使得重塑矿体浸润效果更好,而渗透性 有所降低.      

非饱和Q2原状黄土工程特性试验

为了研究非饱和Q2原状黄土的破坏形式、变形、强度和屈服特性,采用SJ-1A型三轴剪力仪改造的非饱和土三轴剪切试验测试系统进行了5组非饱和Q2原状黄土的三轴固结排水剪切试验.试验结果表明:非饱和Q2原状黄土在三轴条件下,呈剪切破坏,破裂角一般在55°~61°;非饱和Q2原状黄土在低围压下呈剪胀性,在高围压下呈剪缩性;随着围压增大,应力应变曲线由软化向硬化发展.此外,通过εv-q/p关系曲线可以较好的确定非饱和Q2原状黄土在各围压下的屈服应力(py,qy),且研究发现随着围压的增加,屈服偏应力qy与屈服球应力py呈对数关系.     

基于FIFC的稀土矿水位滑坡预警模型

稀土原地浸矿需要不断向边坡内注入浸矿液,导致边坡土体水位上升而引起滑坡。针对该问题,首先用有效应力解释了水位上升对边坡稳定性的影响;然后以水位为必选因素,并从坡角、粘聚力、内摩擦角中用三因素三水平敏感性分析选择两个主要因素,建立了基于FIFC的三因素稀土矿滑坡预警模型。结果表明,浸矿期间可将边坡水位与相应图表比对确定稀土矿边坡的预警等级,利用预警模型结合边坡水位在线监测,可实现稀土矿原地浸矿滑坡自动预警。     

不同泥皮粗粒土与结构接触面力学特性实验

进行了粗粒土与结构面分别在夹膨润土泥皮、粘土泥皮以及无泥皮条件下的大型单剪试验,揭示了不同泥皮情况下接触面的力学特性与机理.试验结果表明,不同泥皮种类对粗粒土与结构面的强度有重要影响,夹有膨润土泥皮时,粗粒土与结构面的剪切强度显著减小,最大减幅可达45%,而夹有粘土泥皮时其最大减幅只有10%,远小于膨润土泥皮;试验测定的夹有膨润土泥皮时的摩擦角仅为夹有粘土泥皮时的60%左右.剪切破坏时,同一高度处,切向位移随法向应力的增大而增大;同样的法向应力及高度处,夹有膨润土泥皮时的切向位移小于夹有粘土时的切向位移,而法向位移相对要大些.此外,无泥皮低法向应力下,出现明显的剪胀现象,而泥皮条件下均表现为剪缩.     

离子吸附型稀土矿剪切力学特性及微震信号特征

为了研究稀土矿滑坡发生剪切破坏时的力学性质,以赣南离子吸附型稀土矿为研究对象,运用微震监测技术在室内环境下对重塑土试样开展了直接剪切试验,利用微震监测记录设备同步采集稀土试样试验过程中的微震信号,对以含水率表征的不同浸渗状态下试样的力学特性和微震信号特征进行了研究。结果表明：（1）随着试样含水率的增大,黏聚力显著下降,趋于饱和阶段时黏聚力下降速率减缓,由应变软化型转变为应变硬化型。（2）剪切过程波形幅值短时大幅提升,时频和波形图像对比分析表明存在微震信号且其主频率为10~20 Hz,含水率变化并不会影响信号主频;随着含水率的增加,剪切过程信号具有更高峰值振幅,整体释放能量增加,由主震型向群震型演变。研究结果可作为稀土矿发生滑坡破坏时微震信号的判别依据。     

含水率对湖相淤泥次生粉质黏土力学特性影响

以某铜矿湖相淤泥区域露天开采为工程背景,通过对7种不同含水率湖相次生粉质黏土试样,开展室内直剪和固结试验研究。研究结果表明:湖相次生粉质黏土的含水率与凝聚力、内摩擦角、孔隙比、压缩系数和压缩模量均呈现指数型的关系,且该湖相次生粉质黏土的最优含水率为16.6%左右,其数值略小于塑限指标,凝聚力、内摩擦角和孔隙比随着含水率的增大而减小,研究结果可为后期工程选择合理的堆载厚度与露采边坡角取值提供参考依据。     

渗透系数空间变异条件下临界注液强度的计算

以现场渗透系数测试实验和室内物理力学参数测试实验结果为依据,基于Geostudio有限元数值计算软件,选取江西信丰典型离子型稀土矿山进行注液作用下的边坡稳定性分析。研究结果表明,随深度的增加,矿体渗透系数呈现先快速后缓慢减小的变化规律,该变化规律可较好地解释当地稀土矿山浅层滑坡现象;临界注液强度与注液范围呈指数函数关系,当注液范围由20%增加到50%时,临界注液强度由0.11 m3/(m2·d)减小到0.045 m3/(m2·d);设定注液范围为30%,当注液强度小于0.3 m3/(m2·d)时,随着注液强度的增大,滑坡的剪出口高度非线性增加,当注液强度大于0.3 m3/(m2·d)时,随着注液强度的增大,滑坡的剪出口高度处于一个稳定值。     

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。     

浸矿作用下离子型稀土强度弱化及滑坡研究进展

离子型稀土原地浸矿过程中,由于受到浸矿液渗流作用、化学置换作用、降雨和干湿循环等因素的影响,矿体强度将发生不同程度弱化。结合国内外学者对离子型稀土浸矿过程中强度特性的研究成果,对浸矿液渗流作用、化学置换作用、降雨和干湿循环作用对离子型稀土矿体强度影响规律进行归纳总结,分析了矿体颗粒孔隙结构、土体含水率、基质吸力等参数与强度指标黏聚力c、内摩擦角φ之间的关系,综述了离子型稀土矿山边坡稳定性的影响因素,提出了矿山滑坡相关防控措施,并对今后的研究思路进行展望。研究结果为离子型稀土强度弱化机理及边坡稳定性分析提供参考,有助于离子型稀土安全高效开采。     

离子型稀土矿体干密度和孔隙比的空间变异性研究

分析矿体干密度和孔隙比的空间变异性,对确定矿山取样方法和获取不同区域矿体准确的物理力学参数至关重要。在福建武平某离子型稀土矿山选取一条测线,通过在不同深度处取原状矿样,获得不同深度处矿体的干密度和孔隙比,分析矿体干密度和孔隙比的空间变异性,结果表明:各深度处矿体干密度和孔隙比的空间变异性可采用指数模型、高斯模型和球状模型进行描述;随着取样深度的增大,矿体干密度和孔隙比的变程非线性增大,均表现出中等或较强空间相关性;当取样深度小于7m时,等效干密度随着取样深度快速增大,等效孔隙比随着取样深度快速减小;当取样深度大于7 m时,等效干密度和等效孔隙比均趋于稳定。     

基于可靠度法的工程岩体抗剪强度参数的选取

本文以曼家寨排土场为背景,通过选取排土场典型区域1#、2#、3#、4#等区域,采用室内试验及原位荷载试验等手段,对所得的数据进行可靠度法分析,最终得出了排土场散体力学参数为:粘聚力21.9KPa,内摩擦角32.2°,为进一步分析排土场边坡的稳定性分析奠定了基础。