基于不同养护龄期的充填体强度多元线性回归分析

为探究灰砂比、料浆浓度对充填体强度的影响规律,利用某金矿全尾砂作为原料,制备料浆浓度为65%、67%和69%,灰砂比为1∶4,1∶10和1∶20的胶结充填体试件,开展单轴压缩试验。试验结果表明:全尾砂胶结充填体强度与灰砂比、料浆浓度之间呈多元线性函数关系。养护龄期对充填体强度影响最大,灰砂比次之,料浆浓度最小。充填体强度随养护龄期的增长遵循线性增长规律,且灰砂比和料浆浓度越大,强度随龄期增长速率越大。     

基于不同养护龄期的充填体强度回归分析

为探究灰砂比、料浆浓度对充填体强度的影响规律,利用某金矿全尾砂制备料浆浓度为65%、68%、70%、72%和75%,灰砂比为1∶4,1∶5,1∶6,1∶8和1∶10的胶结充填体试件,开展单轴压缩试验。试验结果表明:全尾砂胶结充填体强度与灰砂比、料浆浓度之间呈多元线性函数关系。充填体强度随养护龄期的增长遵循线性增长规律,且灰砂比和料浆浓度越大,强度随龄期增长速率越大。     

基于损伤力学模型胶结尾砂充填体强度特性研究

以地下矿山尾砂充填料为研究对象,利用充填体试块损伤力学模型和岩石力学试验机对胶结尾砂充填体在不同质量浓度、灰砂比和养护时间下的强度特性进行试验研究。引入充填体损伤力学模型和损伤因子来描述胶结尾砂充填体的强度特性和破坏过程。研究结果表明:充填体的单轴抗压强度随着质量浓度、灰砂比和养护时间的增加而增大,并且灰砂比和养护时间对充填体强度影响较大;结合试验结果,利用充填体损伤力学模型可以准确地描述充填体加载过程中的应力-应变曲线;结合应力-应变曲线得出的损伤因子值随应变增加而增大,且质量浓度和灰砂比越大、养护时间越长,损伤因子值越小,充填体越不容易破坏。     

基于Weibull分布的充填体单轴压缩损伤模型研究

在矿山实际应力环境中,充填体多处于峰后变形阶段,研究充填体峰后强度特性对矿山安全生产十分重要。通过对灰砂比为1∶6、1∶8和1∶10的充填体试件进行单轴抗压试验,对比分析了不同灰砂比的胶结充填体变形破坏特征,灰砂比大的充填体具有更高的峰值强度和残余强度。基于统计损伤理论,确定了充填体损伤变量D并进行了修正,建立了可以表征充填体变形破坏全过程的损伤本构模型;由单轴抗压试验曲线几何特点,推导出该模型参数F0,m的数学表达式,α越小,充填体的峰后残余强度越高,F0和m越大,充填体峰值强度越大。对不同灰砂比的损伤演化规律进行了分析,各灰砂比的充填体损伤呈S型增长方式,灰砂比小的充填体能够承受更大的变形,更好的发挥其承载能力。结果表明该模型可以很好充填体破裂过程中的全应力-应变曲线和峰后残余强度的特性,为充填体强度设计提供参考。     

胶固粉-全尾砂充填体强度特征试验研究

以胶固粉为胶结剂,对胶固粉-全尾砂充填体进行了单轴压缩试验,研究了充填体强度与质量浓度、灰砂比、养护龄期的关系,并与C42.5硅酸盐水泥充填体强度进行了对比分析。研究结果表明:在质量浓度一定的条件下,充填体强度增长速率随着养护龄期与灰砂比的增大呈减小的趋势。质量浓度的增大可有效提升充填体7d强度,但充填体28d强度主要受控于灰砂比。在相同质量浓度与灰砂比条件下,胶固粉-全尾砂充填体7d与28d强度总体优于C42.5水泥充填体。因此,在一定条件下,胶固粉-全尾砂充填体可有效降低因充填体破坏而导致的矿石损失与贫化,对保障安全生产,提高矿山经济效益具有一定的作用。     

全尾砂胶结充填体强度多元非线性回归分析

以某矿全尾砂为原料,制作灰砂比为1∶4、1∶6、1∶8和1∶10,料浆质量浓度为65%、70%和72%的充填体试件,分别养护3、7、28 d后开展单轴抗压强度试验,探究充填体强度与各因素之间的关系。结果表明:充填体强度随灰砂比的增大遵循多项式函数递增、随料浆质量浓度的增大遵循指数函数递增、随养护龄期的增长遵循指数函数递增;灰砂比越大、料浆质量浓度越低,龄期对充填体强度影响越大,表明多因素耦合作用对充填体强度影响越显著;基于Excel和SPSS软件,建立了不同龄期充填体强度与灰砂比、料将质量浓度的回归方程,回归方程相关性系数较高、显著性较强,能较好的表征各因素对强度的影响规律。     

全尾砂胶结充填体强度多元非线性回归分析

以莱西金矿分级尾砂为原料,制作灰砂比为1∶4、1∶6、1∶8和1∶10,料浆质量浓度为65%、68%、70%、72%和75%的充填体试件,分别养护3、7、14和28d后开展单轴抗压强度试验,探究充填体强度与各因素之间的定量关系。结果表明:充填体强度随灰砂比的增大遵循多项式函数递增、随料浆质量浓度的增大遵循指数函数递增、随养护龄期的增长遵循指数函数递增;灰砂比越大、料浆质量浓度越低,龄期对充填体强度影响越大,表明多因素耦合作用对充填体强度影响越显著;基于Excel和SPSS软件,建立了不同龄期充填体强度与灰砂比、料将质量浓度的回归方程,回归方程相关性系数较高、显著性较强,能较好地表征各因素对强度的影响规律。     

个旧卡房矿区全尾砂胶结充填体力学特性分析

为研究养护龄期、质量浓度与灰砂比对全尾砂胶结充填体抗压强度的影响规律,以个旧卡房矿区不同配比全尾砂胶结充填体为研究对象开展单轴压缩实验。结果表明:相同质量浓度及灰砂比下,充填体的单轴抗压强度随养护龄期的增加呈指数函数递增;相同养护龄期及灰砂比下,充填体的单轴抗压强度随质量浓度的增加而逐渐增加,且灰砂比越大的充填体其抗压强度的增幅越大;相同养护龄期及质量浓度下,充填体的单轴抗压强度随灰砂比的增加呈一元线性函数递增。     

肖家河磷矿碎石胶结充填体强度及变形破坏特征试验研究

为实现宜昌市肖家河磷矿规模化碎石胶结充填,开展碎石胶结充填体单轴抗压试验,研究不同灰砂比、料浆质量浓度和养护龄期下充填体的抗压强度、变形特性以及破坏特征。研究结果表明：养护龄期相同时,随着灰砂比和料浆质量浓度增加,碎石颗粒之间的胶结效果更好,充填体的抗压强度也更高;当灰砂比相同时,随着料浆质量浓度的增大,充填体试样的弹性模量增大,峰值应力对应的应变率降低,充填体的抗变形能力增强;当料浆质量浓度相同时,随着灰砂比的减小,胶结效果减弱,充填体的形变量增大;随着养护龄期的增加,充填体试样的破坏形态由拉伸破坏逐渐转变为剪切破坏,且养护龄期越长,充填体表面的裂纹数量和块体剥落面积均减少,破坏程度也越小。通过试验研究确定了肖家河磷矿碎石胶结充填体强度灰砂比的最佳配比为1∶8、料浆质量浓度为86%、养护龄期为28 d,可满足矿山充填方案的技术经济要求。     

组合胶结充填体力学特性试验与应用研究

为探究组合尾砂胶结充填体力学特性及破坏机制,利用大冶铁矿全尾砂制备灰砂比分别为1∶4,1∶6,1∶8和1∶10的三分层柱状组合胶结充填体试样,借助SANS数显式试验机开展不同配比组合充填体单轴压缩试验。以大冶铁矿为工程背景,借助数值模拟手段优化了充填方案并开展工业试验。研究结果表明:1)组合充填体顶底分层为1∶4时,二分层灰砂比降低,胶结充填体整体强度弱化明显;当二分层配比1∶10时,顶底层灰砂比减小,充填体整体强度逐渐降低,但影响较小。且组合充填体破坏形式主要表现为中部首先发生破坏,顶部和底部伴随拉伸和剪切破坏。2)采空区-171～-159 m灰砂比1∶4,-159～-120 m配比均为1∶8方案最优,同时现场充填体取芯强度较好。将研究成果成功应用于试验采场309矿柱回采,实现了回采率92.14%、贫化率为9.07%的良好技术指标。     

组合受力胶结充填体力学特性及能耗特征研究

一步骤胶结充填体为二步骤矿柱回采提供支撑,充填体由三轴受力转为单轴受力状态,其稳定性对采场安全至关重要.为此对比分析了单次(单轴)和二次(三轴加单轴)压缩对不同灰砂比胶结充填体的应力-应变曲线、强度特征、能耗特征及破坏模式.结果表明:单次比二次具有更明显压密阶段、更高线弹性阶段,增大围压使二次充填体压密阶段减小、线弹性...     

含两组交叉节理砂岩强度及破坏特征离散元分析

为研究含两组交叉节理岩体强度及破坏特征,采用一组经室内试验标定的砂岩细观参数,建立含两组交叉节理岩体颗粒流模型,进行单轴压缩和三轴压缩模拟。基于模拟结果,分析了节理数量、节理倾角和围压对含两组交叉节理岩体强度及破坏特征的影响。结果表明：① 与完整岩石相比,节理岩体强度明显降低。峰值强度随着节理数量的增加近似线性减小,随着节理倾角的增大呈先减小后增大非线性变化趋势,而随着围压的增大而提高;② 节理岩体表现为张性破坏、沿节理滑移破坏、穿节理剪切破坏、张性滑移破坏及剪切滑移破坏等5种破裂模式;③ 节理数量增加会加剧试样破坏程度,但不改变其破裂模式。单轴压缩下,当节理倾角较小时主要发生张性破坏,随着倾角的增大,表现为张性剪切或沿节理面滑移破坏。在围压作用下,试样表现为剪切破坏或剪切滑移破坏。最后从细观层面探讨了节理岩体宏观裂纹的细观位移场分布特征。     

不同灰砂比充填体侧限固结压缩试验研究

充填体在采场内由于被围岩包围,其力学性能与实验室单轴压缩条件下不同。为了研究采场充填体的力学性能及规律,提出了不同灰砂比充填体在侧限约束条件下的分级单轴压缩固结试验,分级压力为1kN(0.2 MPa)、2kN(0.4 MPa)、4kN(0.8 MPa)、8kN(1.6 MPa)、16kN(3.2 MPa)、32kN(6.4MPa)、64kN(12.8MPa)、128kN(25.6MPa)。试验结果表明:随着固结压力的增大,充填体压缩量呈线性增加,灰砂比对充填体压缩量影响不明显;固结应力与压缩率呈二次函数曲线关系;固结前后充填体的单轴抗压强度增加明显,28d龄期强度值增加幅度达24%以上。最后,采用SEM对充填体固结强化机理进行了分析。     

不同应力速率下充填体强度特性和破裂机理研究

充填体是维护采场安全稳定的关键因素,是由多种物质混合而成的非均质材料,力学特性复杂,加载条件改变会对其力学特性和损伤破裂机理有显著影响。通过进行不同应力速率下的充填体单轴抗压强度试验,并结合非接触式全场应变测量系统对试样破裂演化过程进行监测。结果表明:随着应力速率的增加,充填体的峰值强度不断增大,低浓度、低灰砂比试样的强度增幅更加明显;低应力速率下试样表面出现大量宏观裂纹,发生拉伸破坏,高应力速率下试块发生单斜面剪切破坏;低应力速率下试样内部的微裂隙和孔隙充分发育形成贯通面,进而弱化了充填体的强度,高应力速率下,试样内部微裂隙和孔隙的发育被限制,试样的整体承载结构对强度的影响占主要地位;应力加载下,试样在达到峰值强度瞬间发生破坏,积蓄的能量集中瞬间释放,破裂现象剧烈。     

一维动静组合加载下多角度耦合充填体力学特性研究

为探讨爆破扰动作用下充填矿柱的失稳破坏模式及动力学特性,以尾砂胶结充填体为研究对象,选取3个轴压水平,开展不同传递路径、应变率下SHPB冲击试验.研究表明:①相同轴压下,充填体动态抗压强度随应变率增大而增大,相近应变率下,充填体动态抗压强度随所施轴压梯度的增大呈现出先增大后减小趋势,当轴压为静载强度40％时达到最大动态...     

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%。     

含弧形预制裂隙砂岩力学特征试验研究

天然岩体中富含近似弧形裂隙缺陷,在外荷载作用下弧形裂隙容易萌生新生裂纹,新生裂纹的扩展容易导致岩石工程的失稳,但针对含弧形预制裂隙岩石力学相关特征的研究还不够全面,基于此在板状黄砂岩试样内预制了不同γ值(弧形高度和直径比值)的弧形裂隙,研究含弧形预制缺陷砂岩的力学特征。利用高压水射流切割机在完整板状黄砂岩试样中切割出不同γ值弧形裂隙缺陷,采用YNS-2000型电液伺服控制试验系统、DS2声发射和数字照相采集系统研究了不同弧形裂隙γ在单轴压缩作用下对黄砂岩峰值强度、平均模量、割线模量、声发射、破坏过程、起裂形式、起裂应力和破坏形式的影响规律。利用复变函数求解在弧形裂隙应力场中所构建的黎曼-希尔伯特问题,获得尖端应力强度因子表达式。试验结果表明:①弧形裂隙缺陷砂岩试样随着γ的增大,峰后试样的承载能力逐渐降低,试样峰值强度、平均模量和割线模量出现总体减小趋势,当γ=0.2时峰值强度最大为27.09 MPa;当γ=1时峰值强度最小为18.99 MPa。②预制弧形裂隙γ对试样起裂应力、起裂位置、破裂演化过程、声发射特征和破坏模式均具有重要影响,随着γ值的增大,试样起裂应力呈总体减小趋势,当γ=0.8时,试样的平均起裂应力最小,其值为4.99 MPa;当γ=0时,试样的平均起裂应力值为11.08 MPa,平均起裂应力值最大。③随着γ的增大,试样的破坏模式由拉剪混合破坏向拉伸破坏转变,当γ=0时,试样为拉剪破坏;当γ在0.2～1.0时,试样为拉伸破坏。初始起裂裂纹扩展并不是导致试样最终破坏的原因,次生裂纹的扩展与自由面贯通才是导致试样整体破坏原因,试样破坏瞬间释放大量弹性能导致岩块折断和表面剥落现象。通过对含弧形裂隙裂纹扩展机制探讨推导出应力强度因子表达式,并根据该表达式求出相应应力强度因子值,曲线拟合后发现其变化趋势与试验值变化趋势基本吻合。研究仅通过单轴压缩作用研究发现弧形裂隙γ对砂岩力学参数、破裂演化过程和破坏形式影响明显,为了充分研究外界荷载对含弧形裂隙砂岩的破坏特征,将通过改变加载形式和加载路径深入研究含该类缺陷岩石的力学特征。     

单轴压缩过程砂岩破坏特性研究

岩体灾害孕育过程中引起的岩体变形、破坏,会改变岩体的声学特征,在工程中可通过观测声波在岩石内部传播变化判别岩石的稳定性和承载状况。为了确定砂岩裂纹扩展不同阶段声波传播规律与破坏模式,通过声波监测装置及岩石破裂全过程分析系统RFPA^2D研究单轴压缩下砂岩在不同应力水平下波速变化及破坏模式。结果表明:砂岩在进入弹性加载阶段前波幅增速最大,在随后的弹性加载阶段纵波波速增长速度最快,在发生宏观破坏前纵波波速达到最大;根据裂纹应变模型得到裂纹闭合应力σ_cc约为0.19σ_c;裂纹起裂应力σ_ci约为0.28σ_c;在体应变达到极值时,得到试样的损伤应力,砂岩的损伤应力σ_cd约为0.66σc;由RFPA^2D得到由于拉破坏和压剪破坏产生的声发射数,得到在加载初期岩石微裂纹的产生均为压剪破坏,由于压剪破坏产生的剪切面出现时,拉破坏成为主导因素,并导致裂纹扩展及贯通,最终试样失稳破坏。可见砂岩破坏经历的压密阶段—弹性阶段—裂纹稳定扩展阶段—裂纹加速扩展—峰后...     

一维动静组合加载下充填体动力学性质试验研究

充填采矿法二步回采时，充填体矿柱不可避免地受到爆破振动的扰动。开展对其动力学特性的研究对实现二步矿柱安全高效回采具有重要的理论意义和工程价值。以尾砂胶结充填体为研究对象，选取不同轴压水平，开展不同应变率的SHPB动载单轴冲击试验，对一维动静组合加载下充填体的动静组合加载强度、变形特性、能量传递规律和破坏模式进行了分析。研究表明：①在应变率近似相同的情况下，充填体试样的动态强度会随着轴向载荷的施加而呈现先增大后减小的趋势，而在轴向载荷相同的情况下，充填体试样的动态强度随着应变率的增加而增加，两者显现了较强的相关性；②充填体试样冲击试验应力-应变曲线主要分为3个阶段：弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段，没有明显体现出压密阶段，并且充填体试样在低应变率条件下并不敏感；③吸收能随入射能的增加，整体呈现增加趋势，但是增加幅度略有降低，单位体积吸收能随应变率的增加而逐渐增加，透射能的增量随入射能的增加逐渐减小；④常规SHPB情况下，充填体试样的破坏模式为拉伸破坏，组合加载条件下，充填体试样的破坏模式主要为压剪破坏。     

含混杂纤维尾砂胶结充填体静态力学性能试验研究

为探究钢纤维（SF）与聚丙烯纤维（PF）混杂后对尾砂胶结充填体静态力学性能及破坏模式的影响,采用电子万能试验机和扫描电镜分别对含混杂纤维尾砂胶结充填体进行单轴压缩试验和微观测试。结果表明：混杂纤维的掺入对充填体破坏模式有显著影响,无纤维充填体（CTB）最终以单斜面剪切破坏为主,呈明显的脆性破坏,而掺混杂纤维充填体（SP-FRB）因内部纤维的桥连和阻滞效应,最终破坏以较多的微小次生裂纹为主,试件整体裂而不断,表现出明显的延性变形;混杂纤维的掺入能够提高充填体的单轴抗压强度,但纤维含量存在最佳值;CTB及SP-FRB的应力-应变曲线均存在孔隙压密、线弹性变形、塑性屈服和破坏后四个阶段;微观测试结果表明,充填体内部初始孔隙的数量和大小是其破坏失稳的重要因素,钢纤维和聚丙烯纤维能够在充填体内保持较高完整性,并分别通过与基体间的黏结力和自身疲劳断裂阻滞裂缝的扩展。