不同剪切模式下的全尾砂浆触变特性研究

为了探究尾砂胶结充填料浆的触变特性,以某铁矿全尾砂为研究对象,测试充填料浆在恒定剪切模式、环形剪切模式和阶跃剪切模式下的流变参数变化规律。结果表明：恒定剪切模式下剪切应力与表观黏度都随着时间的增加逐渐下降直至趋于稳定,而随着剪切速率的升高,料浆的屈服应力逐渐升高但塑性黏度逐渐减小;循环剪切模式下无论剪切速率升高或是降低,剪切应力总体总是呈现下降趋势,而表观黏度变化规律则与剪切速率变化相反;阶跃剪切模式下随着剪切速率的突增,尾砂料浆会再次进入弹性变化阶段剪切应力与表观黏度皆有略微升高随后进入应力松弛阶段剪切应力及表观黏度逐渐降低。对尾砂料浆的触变性规律做出了一定的解释,对矿山现场管道输送提供一定的指导意义。     

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°。     

CNL和CNS边界条件下砂岩宏细观剪切力学特性

岩体的剪切力学特性和变形破裂机制对围岩稳定性控制意义重大.本文首先通过恒定法向荷载(CNL)和恒定法向刚度(CNS)边界条件下砂岩的宏观剪切试验,揭示了初始法向应力对砂岩峰值剪切强度、法向应力、剪胀变形及声发射响应特征的影响;然后基于PFC2D颗粒流数值模拟研究了不同边界条件下砂岩剪切过程中细观裂纹扩展、颗粒位移场演化、变形破裂过程及剪切速率效应.结果表明:随着初始法向应力的增加,砂岩峰值剪切强度及残余剪切强度均线性增大,且与CNL相比,CNS边界条件下峰值剪切强度增加了46.57％～307.84％、黏聚力增加了85.09％而内摩擦角减小了10.38％;法向位移整体上经历了剪缩、快速剪胀和缓慢剪胀过程,且随着裂纹扩展贯通形成剪切滑移面,声发射活动异常激烈;不同边界条件下砂岩细观裂纹演化过程和破裂机制存在显著差异,剪切过程中裂纹总数呈现"平静-快速增加-增幅降低-趋于稳定"的变化特征,且与CNL相比,CNS边界条件下裂纹总数增加了19.66％～89.20％;随着剪切速率的增加,砂岩峰值剪切强度呈现指数型减小趋势,且CNS边界条件下剪切速率效应更加显著.     

乳胶基质体系分散相粒度分布研究

乳胶基质分散相的粒径对乳化炸药的稳定性,爆轰性能都有很大的影响。本文利用两种测试手段分析乳胶基质的粒径分布与乳化搅拌剪切速度的关系,实验结果表明:乳胶基质分散相粒径大小,随着搅拌剪切速度的增加而减小;乳胶基质乳化搅拌的临界剪切速度为1500 r/min;剪切速度越高,乳胶基质分散相粒径平均值越小,分布越均匀。     

水相pH对现场混装乳化炸药基质储存稳定性的影响研究

为研究水相溶液pH大小对现场混装乳化炸药基质储存稳定性的影响,采用高低温循环试验、模拟运输振动试验、自然储存试验,并结合游离硝酸含量检测结果,对乳化炸药基质储存稳定性进行评价。试验结果表明:水相溶液pH对乳化炸药基质储存稳定性有一定的影响。当pH小于3.71时,随着pH指标的降低,乳胶基质老化速度加快,储存稳定较差;当pH介于3.71～4.12时,乳胶基质稳定性最佳;当pH大于4.12时,随着pH的增大,乳胶基质的储存稳定性降低。     

考虑剪切带细观物理几何特征的Mohr-Coulomb强度准则修正

压缩条件下岩石的失稳破坏与剪切局部化带有紧密联系。基于摩擦损伤局部化模型,在应力应变曲线上发现了剪切带与岩石压缩强度的关系,即随剪切带宽度的增加,岩石的峰值强度降低,其峰前与峰后的变形模量也相应减小。总结前人的研究发现,加载速率、温度、吸附气体、矿物颗粒等因素对应力应变曲线的影响趋势,与剪切带对其影响趋势相同。在摩擦损伤局部化模型的基础上,引入黏聚能和剪切带函数对Mohr-Coulomb准则进行修正,将加载速率、温度、吸附气体等复杂因素的影响综合考虑为剪切带的影响,得到含剪切带函数的Mohr-Coulomb强度准则。之后,利用Zhukov公式导出了剪切带函数的细观表达式,指出岩石破坏是剪切带内细观缺陷发生热激活的结果,热激活机制受温度、应变率的直接影响。通过前人实验数据拟合得到剪切带与加载速率、温度的定量关系,与Zhukov公式导出的结果一致。含剪切带的MohrCoulomb强度准则,能够适用于更为复杂的工程地质环境。     

乳胶基质数学微观模型导热分析

乳胶基质是一种介于固体和液体之间的特殊黏弹流体,具有黏度高、导热系数低等特点。本文首次对乳胶基质导热进行电镜扫描及微观数学模型分析,发现在它的内部有一定量的空穴存在,在有温度梯度的情况下,其导热主要依靠分子振动,由于高分子化合物交联分子链的束缚作用,其振动的幅度很小,这是乳胶基质不易传热的内在原因,而且振动频率和温度有关,温度高时振动频率大,导热系数增加使热传递能提高,而当温度持续下降时,分子的振动频率也随之下降,而当温度下降到某个区间,分子的振动频率很小,即使温度继续下降其振动频率改变很小甚至不再改变。     

基于四阶段应力-应变模型的深部巷道围岩弹塑性分析

为分析巷道破裂区范围,基于统一强度准则和非关联流动法则,考虑中间主应力及扩容系数的影响,建立了深部巷道围岩弹性区-塑性区-软化区-破裂区四阶段应力-应变模型,并求得围岩应力、应变及变形的封闭解。结合工程案例,分析了不同强度参数、应力-应变模型、剪胀角、残余黏聚力等对围岩状态变化的影响。研究结果表明：强度参数对围岩应力、应变及峰后破坏范围均具有重要影响。随着强度参数的不断增加,围岩环向应力峰值及峰后破坏范围均不同程度增大,应力曲线左移;扩容系数与强度参数和剪胀角均成正相关关系;随着残余黏聚力的不断增加,围岩峰后破坏范围及表面位移均呈现出非线性减小特征,其减小速率不断降低;与其他应力-应变模型相比,围岩峰后破坏区位移呈现出EBM>EPBM>ESM>本文模型>EPM的变化特征。此外,随着峰后破坏区剪胀角的不断增加,其围岩表面位移也不同程度增加：破裂区剪胀角对其影响最为显著,软化区剪胀角次之,塑性区剪胀角影响最小。这些分析结果可为围岩稳定性分析及支护参数设计提供重要理论依据。     

相对法向力下结构面峰值剪切力学性质研究

法向力的大小对岩体结构面剪切强度有重要影响,然而对法向力大小的划分还没有一个明确的界限。鉴于此,将法向力与单轴抗压强度的比值定义为一个衡量法向力相对大小的系数,应用PFC2D模拟不同粗糙度下相对法向力结构面剪切试验。结果显示,试验结果与三线段剪切强度理论基本吻合;当相对法向力小于0.06时,抗剪强度增长速率最大,随着相对法向力的增大,抗剪强度增长速率快速减小;当相对法向力在0.06～0.5之间时,抗剪强度增长速率的减小趋势变缓;当相对法向力大于0.5时,抗剪强度增长速率基本平稳。基于三线段剪切强度理论,利用中等法向应力下的抗剪强度公式,得到了剪切作用下黏聚力强化指数和爬坡角弱化指数,通过对比不同材料试件的这两个指数的变化趋势,验证了法向力上下限划分的合理性。     

高稳定性现场混装炸药爆炸性能试验研究

为获得高稳定性和高爆炸性能的现场混装炸药配方,采用室内高低温循环、模拟运输振动、爆炸性能分析等方法对8组不同配方的乳胶基质进行试验研究。试验结果表明,在各组配方乳胶基质中,E8配方的储存稳定性和抗颠簸稳定性最好,在经历5次高低温循环和24h模拟运输振动后仍不发生析晶。在一定范围内,乳化剂含量越多、剪切速度越高,其制得的乳胶基质粒径越小,稳定性越好。油相中机油所占比例越高,其稳定性越好,柴油和机油的最佳比例为1∶1。采用高分子乳化剂TH101制得的乳胶基质稳定性更好。适当提高水相中水的含量可以有效提高乳胶基质的稳定性。采用优化的乳胶基质配方制备的混装炸药其爆速为4400～4600m/s,猛度为15～17mm,可经受20次高低温循环和600km颠簸振动运输。     

深井冻结管断裂问题

一、冻结管断裂的原因分析根据国内和苏联、波兰冻结管的剪切破坏,压扁及纵向拉裂事例,分析其原因有: 1.冻结壁变形过大引起断管冻结壁属于弹粘体,在外荷载的作用下,冻结土体呈现弹性区和塑性区。塑性区产生塑性变形。井筒掘砌中,冻结壁强度大     

三轴压缩岩石应变软化及渗透率演化的试验和数值模拟

三轴压缩下岩石峰后应变软化行为及渗透率演化规律是岩石工程稳定性分析的基础。取新疆巴里坤砂岩样在室内开展了三轴压缩试验和三轴渗流试验,获得了不同围压下巴里坤砂岩的全程应力应变曲线、体积应变与渗透率关系曲线。试验结果表明：随着围压增加,岩石峰后残余强度增加,体积扩容和脆性减弱;随着轴向应变增加,岩石先发生弹性压缩,空隙空间减小,渗透率降低;当应力达到屈服强度,岩石内裂隙开始扩展,渗透率降低速率趋缓;在峰值应力后,岩样破坏,裂隙扩展加速,并伴有新裂隙的萌生,岩样渗透率开始快速增长,岩样的渗透率呈“V”型变化。提出了描述围压对岩石峰后脆性影响的新参数,即脆性模量系数,围压与脆性模量系数之间服从负指数关系。基于脆性模量系数、强度退化指数和扩容指数,建立了考虑围压影响的岩石应变软化模型。在分析体积应变与岩石渗透率之间关系基础上,建立了基于体积应变增透率的岩石渗透率演化模型。在FLAC下模拟了巴里坤砂岩不同围压下的应变软化行为和渗透率演化过程,结果表明：岩石应变软化模型能很好地模拟围压对岩石残余强度、体积扩容和峰后脆性的影响;所示模型能较好地模拟围压和剪胀对岩石渗透率的影响;岩样峰后内部出现了明显的剪切破坏带,剪切破坏带与大主应力的夹角随着围压的增加而增大。在剪切破坏带内单元的渗透率显著增长,最后形成了一个流动通道。     

PP/硅灰石/POE复合材料的性能研究

采用熔融共混工艺制备聚丙烯/硅灰石/聚烯烃弹性体(PP/硅灰石/POE)复合材料,研究硅灰石填充量、POE用量、硅灰石长径比对复合材料力学性能、加工性能的影响.结果表明:硅灰石填充量增加.复合材料的弯曲强度和熔体流动速率增加.冲击强度和洛氏硬度降低;随着POE用量的增加,复合材料的冲击强度增加,拉伸和弯曲强度降低;长径比高的复合材料的缺口冲击强度和熔体流动速率大.     

掺早强剂充填体在不同加载速率下裂隙破裂特性

与传统采矿法相比充填采矿法具有环保、安全等特点而在矿山生产中广泛使用,但充填过程中充填体会受到灰砂比、级配、料浆浓度等内在因素的影响,还受早强剂、加载速率等外在因素的影响。通过不同加载速率对掺早强剂与未掺早强剂充填体进行单轴压缩试验及声发射试验,对其力学性能和声发射特性进行研究。结果表明,充填体强度在不同加载速率下会呈现先增后减的趋势,且早强剂掺量不同时充填体的强度增幅也是不同的。而基于声发射特征参数RA和AF发现,随着加载速率的增加,剪切裂隙占比减少,在达到临界加载速率后随着速率的增加剪切裂隙增加。未掺早强剂充填体与掺早强剂充填体相比,在同等速率下加载所产生的剪切裂隙占比较多。     

加载速率对充填混合材料力学特性影响研究

运用PFC2D软件研究加载速率对充填混合材料力学特性影响,选取了0.2,0.5,0.8,1.0,1.25m/s五个加载速率对充填混合材料数值试样进行单轴压缩数值模拟试验,分析不同加载速率对数值试样的破坏模式,轴向应力峰值变化影响。发现:加载速率的增大抑制单一剪切面发展,呈现同步发展,破坏模式发生较大变化。加载速率的增加抑制颗粒间裂纹发育造成的强度弱化,同时较高的加载速率造成数值模拟试样承载结构破坏,数值试样强度随着加载速率的增加呈现先增加后减小的趋势,在临界加载速率1m/s时出现轴向应力最大峰值。     

膏体尾矿流变行为的宏细观分析及其测定方法

尾矿膏体处置技术近年来在金属矿山的应用日益广泛,膏体流变性质是工艺优化、设备选型、管路布置等工程问题的主要依据。针对目前膏体流变测试误差大、实用性差的问题,采用旋转浆式流变仪,开展了稳态剪切载荷下膏体流变行为试验,研究了膏体细观结构与其宏观流动行为的响应关系,分析了结构的剪切变化对膏体流变性质的影响,提出了一种基于结构动力学理论的流变测试方法(SDE)。研究结果表明:膏体尾矿是一种符合Bingham流变模型的结构流体,剪切载荷下存在屈服、触变及应力松弛等黏弹性行为,其屈服应力、塑性黏度随剪切作用的增强逐渐减小,最终趋于恒定值。采用SDE及常规的CSS流变测试法对某铜矿全尾膏体在管道输送中的流变性质进行了测定,相比之下SDE法获得的屈服应力及塑性黏度较小,且更符合工程实际工况。     

采场支承压力分区变异特征研究

通过数值模拟、X光衍射、扫描电镜、现场实测等手段,研究了两淮矿区不同采深和采厚情况下回采工作面前方支承压力分区变异特征.结果表明,超浅部风氧化带内开采时,岩石由于受到沉积水环境和风化的影响,强度降低,塑性变形能力增强,压力呈现静压大,动压小,动载系数小的趋势;开采进入常规深度时,岩石弹性变形能力增强,支承压力峰值强度也随着采深增加而增加,峰值压力集中系数增加;开采进入深部时,由于高温度和高地压等因素影响,岩石的强度降低,塑性变形能力增强,支承压力峰值强度增加,但峰值压力集中系数却呈下降趋势,岩层逐渐呈现出黏塑性变形;随着开采煤层的厚度增加,采场前方支承压力峰值集中系数减小,峰值离煤壁越远.     

离子型稀土矿体强度特性试验研究

为研究离子型稀土矿体的抗剪强度特性,基于GDS非饱和三轴试验系统,对江西龙南地区典型的离子型稀土重塑矿体开展饱和三轴剪切试验和控制吸力的非饱和三轴剪切试验。研究发现:离子型稀土饱和矿体的应力-应变关系呈弱软化型,稀土矿物颗粒的黏聚力对抗剪强度贡献较小,矿体的抗剪强度主要由矿物颗粒之间的摩阻力承担;非饱和矿体的抗剪强度对基质吸力的变化较为敏感,随着基质吸力增大,吸附强度呈非线性增加,应力-应变关系由硬化型逐渐转变为弱软化型,非饱和矿体的的抗剪强度有所提高,而基质吸力的内摩擦角φ~b呈非线性减小,表明基质吸力对非饱和矿体抗剪强度的贡献是有限的;利用乘幂函数对基质吸力与吸附强度的关系进行拟合,据此提出适合龙南类型离子型稀土非饱和矿体的抗剪强度公式和有效应力表达式。     

大面积承载下黄土力学特性试验研究

为了研究大面积承载下露天煤矿排土场黄土基底破坏机理,对某矿排土场基底黄土进行了孔隙压力消散、不同含水率等力学特性试验研究。结果表明:黄土剪切强度随着含水率增加而大幅度下降,含水率与黏聚力的变化呈对数线性关系;黄土剪应力也随着剪切速率的增大而发生明显的降低;黄土孔隙水压力消散度随围压的增大而减小,消散系数随含水率的增大而增大,且呈现低围压脆化破坏现象。该试验成果在安太堡矿及黑岱沟等露天矿的排土场边坡治理中得到了合理有效地应用,并产生了良好的经济效益和社会效益。     

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。