胶结充填体力学强度尺寸效应

本文通过尾砂胶结充填体配比试验,研究了尾砂胶结充填体强度与试样尺寸和几何形状之间的关系.试验研究结果表明:在相同条件下,胶结充填体强度在试验范围内,随试样尺寸的增加而减小,其呈非线性变化;不同尺寸与几何形状的胶结充填体试样强度之间的换算比例关系为:152mm充填体试样强度大致为72mm和85mm试样强度的3/4,为70.7mm立方体试样强度的3/5.     

全尾砂胶结充填体试样强度的尺寸效应试验研究

通过不同尺度的全尾砂胶结充填体配比试验,研究相同质量浓度、砂灰比条件下实验室充填体试样强度与试样形状和尺寸的关系。结果表明:相同浓度与砂灰比的条件下,70.7mm×70.7mm×70.7mm立方体试样的强度最大,76.2mm×152.4mm圆柱体试样强度次之,50.8mm×101.6mm圆柱体试样强度最小。采用线性拟合方法建立了立方体试样与φ50.8mm圆柱体试样,φ76.2mm圆柱体试样与φ50.8mm圆柱体试样之间的强度尺寸效应换算函数,对于探讨胶结充填体尺寸对强度的影响,统一充填配比试验标准,提高充填试验的准确性具有重要借鉴意义。     

某矿山胶结充填体质量影响因素研究

针对某矿山全尾砂胶结充填过程中充填体开裂、崩解的问题,采用化学分析法对尾砂进行测定,并开展不同灰砂比和浓度条件下的充填体单轴抗压强度试验。结果表明,尾砂中S含量高达8.82%,Ca SO4的含量达到4.07%,同一浓度同一灰砂比充填体60 d强度与28 d最高强度相比均下降约50%。矿山全尾砂胶结充填体质量主要受尾砂中S及其氧化物的影响较大,需降低尾砂中的S及其氧化物,以保证充填体后期强度满足生产要求。     

尾砂胶结充填体强度特性试验研究

以尾砂胶结充填体试块为对象,选取对强度敏感性最高的影响因子——龄期,对不同龄期的尾矿胶结充填体进行单轴抗压强度和直接剪切试验,分析了尾砂胶结体的强度规律及破坏特征。试验结果表明:尾矿胶结体的强度随着养护龄期的增加而升高,其中7~28d强度增加较为显著,并建立抗压强度、抗剪强度与龄期回归方程,为后期充填采矿设计和降低采矿成本提供了依据。     

混凝土充填体强度特性试验研究

对不同配比、不同浓度、不同龄期的混凝土充填体在普通建筑材料压力机上进行了无侧限单轴抗压强度试验, 根据试验测得单轴抗压强度试验数据, 分析了充填体单轴抗压强度随配比、浓度、龄期的变化规律, 采用数据拟合的方法, 对试验数据进行了回归, 作出了不同灰砂比、浓度及龄期条体下试块强度的试验值的拟合曲线, 并给出了相应的拟合公式, 拟合公式和试验值的拟合效果较好, 相关系数达到精度要求, 对矿山充填工作及其充填体力学性能分析具有一定的指导意义和借鉴作用。     

胶结充填体抗压强度尺寸效应的试验研究

尺寸变化会影响材料的力学性能参数,充填体作为一种类混凝土材料,其立方体试件的单轴抗压强度具有显著的尺寸效应。保证灰砂比、料浆浓度和养护龄期等条件一致,研究尺寸变化对胶结充填体单轴抗压强度的影响并结合VIC-3D全场应变测量系统对充填体试件的破裂演化过程进行监测。结果表明:胶结充填体的单轴抗压强度随着立方体试件尺寸的增大而逐渐减小,减少近一半,试件的峰值应变随着尺寸的增大而逐渐减小,并稳定在0.9%附近,弹性模量和变形模量随着尺寸的增大而逐渐增大;引入尺寸效应度对试件峰值强度的尺寸效应进行定量分析,尺寸为200 mm的试件的尺寸效应度达到了54%;尺寸较小的试块破坏时表面出现多条裂纹,随着试件尺寸的增大,试件破坏时表面出现显著的宏观破坏带,尺寸较大的试块在达到峰值强度时,局部区域发生严重的损伤断裂,大部分区域并未发生明显的应变变化。     

基于RSM-BBD的废石-全尾砂胶结充填体强度试验研究

为探究废石-全尾砂混合骨料下胶结充填体的强度特性,探明废石掺量、浓度、灰砂比等因素对胶结充填体强度的影响规律,基于RSM-BBD,采用正交试验对问题进行了研究。研究发现灰砂比对混合骨料充填体早期强度的影响明显,料浆浓度对晚期强度影响明显;研究结果证实,混合骨料充填体强度不仅受到灰砂比、料浆浓度以及废石掺量单个因素的影响,而且受到三因素交互作用的影响,料浆浓度和灰砂比的交互作用对充填体早期强度影响明显,废石掺量和灰砂比的交互作用对充填体晚期强度影响明显。     

尾砂胶结充填体抗压强度的尺寸效应研究

通过尾砂胶结充填体配比试验,研究尾砂胶结充填体强度与试样尺寸和几何形状之间的关系.试验结果表明:在相同条件下,尾砂胶结充填体强度在试验范围内随试样尺寸的增加而减小,呈非线性变化;不同尺寸与几何形状的胶结充填体试样强度之间的换算比例关系为:Φ 152 mm充填体试样强度大致为Φ 72和Φ 85 mm试样强度的3/4,为70.7 mm立方体试样强度的3/5.     

应力养护条件下充填体强度演化试验研究

针对常规室内充填试验无法模拟充填采场原位环境和多因素对充填体强度发展的影响,无法获得与工程环境相匹配的充填体强度及材料配比参数的问题,利用充填体多场耦合养护试验仪,模拟试验深部应力条件下充填体强度的演化规律.研究发现:充填体的强度随着养护应力的增加而增加,养护应力对充填体后期强度的影响明显大于对其早期强度的影响;带压养护和常规养护方式下的相同配比的充填体其强度相差较大,养护１４d时,带压养护比常规养护充填体强度高１５．４％;带压养护条件下影响充填体强度发展的主要因素是孔隙水和养护应力.     

尾砂胶结充填体试样早期强度发展监测探索研究

本文研究不同胶凝材料、不同硫酸盐浓度的尾砂胶结充填体试样的强度发展过程,分别对养护龄期为1、3、7和28天的试样系统进行了单轴抗压强度、基质吸力、含水率和孔隙率测试,分析了尾砂胶结充填体试样早期强度和基质吸力发展变化的原因及二者的相关性,研究结果表明：密封养护条件下尾砂胶结充填体试样的早期单轴抗压强度与其基质吸力存在显著的线性相关规律,获得了尾砂胶结充填体试样早期单轴抗压强度与基质吸力相关性方程,探讨了基于基质吸力监测尾砂胶结充填体强度的可能性。     

充填体单轴压缩蠕变特性试验研究

以李楼铁矿灰砂比为1∶6的充填体为研究对象, 采用恒定荷载加载方式对充填体试样进行了单轴压缩蠕变试验, 试验结果表明充填体具有特定的蠕变特性。选用伯格斯模型研究了充填体的蠕变变形特性; 利用阻尼最小二乘法对模型参数进行拟合, 得出了相应模型的理论蠕变曲线。结果显示:模型的理论蠕变曲线与试验曲线相吻合, 可较好地模拟充填体的蠕变变形特性。     

胶结剂性质对全尾砂胶结充填材料抗压强度的影响

针对胶凝材料性质对全尾砂胶结充填材料抗压强度的影响进行了试验研究,采用压汞测孔仪（Autopore Ⅳ9500）测定了固化体的总孔隙率和孔径分布。试验结果表明：当料浆固体浓度分别为70%、78%和86%并且胶凝材料掺量10%（以总固体质量计）时,掺矿渣水泥比掺水泥的固化体抗压强度分别提高了151%、127%和90%;当料浆固体浓度为86%并且胶凝材料掺量5%、养护龄期分别为7、14和28 d时,掺矿渣水泥比掺水泥的固化体抗压强度分别提高了68%、97%和141%;当料浆固体浓度为86%并且胶凝材料掺量分别为5%、10%、20%、30%和40%时,掺矿渣水泥比掺水泥的28 d固化体抗压强度分别提高了127%、89%、10%、-12%和-21%。结合压汞测孔数据和固化体抗压强度结果,得出结论：在高水胶比材料（即水胶比大于065）中,掺矿渣水泥比掺水泥的固化体中孔径更细（即水化产物更多或更分散）,导致固化体中骨料（包括填料）的黏结面积增加而增加固化体抗压强度;在低水胶比材料中,掺矿渣水泥比掺水泥的固化体中总孔隙率大幅度增加,导致固化体中骨料的黏结强度降低而降低固化体抗压强度。     

尾砂胶结充填体力学性能与微观结构研究

胶凝材料水化产物的种类、数量及其微观结构将直接影响尾砂胶结充填体的宏观力学性能。本文采用XRD、TG-DSC、SEM等研究方法,建立了尾砂胶结充填体宏观力学性能(单轴抗压强度)与胶凝材料水化产物种类和数量之间的关系。研究结果表明,随着灰砂比和养护龄期的增长,尾砂胶结充填体内钙矾石等水化产物的含量随之增多,尾砂胶结充填体的单轴抗压强度σc与胶结体中钙矾石的含量x呈一次直线正相关关系,即σc=2.0126x+0.5295,相关性系数为0.9610;增加充填体中AFt的含量有助于提高其单轴抗压强度。     

分级细尾砂胶结充填强度和料浆流变性能试验研究

以某黄金矿山分级细尾砂为研究对象,在对充填材料基本物理化学性质检测分析的基础上,开展了强度试验和料浆流变特性试验。结果表明:新型胶凝材料固化分级细尾砂效果好,充填体早期强度较传统胶凝材料高,有利于缩短采矿周期。添加新型胶凝材料的分级细尾砂料浆流变曲线符合Herschel-Bulkley(H-B)流变模型,随尾砂浆浓度增加,料浆屈服应力呈指数增长,而塑性黏度缓慢增加;料浆屈服应力随新型胶凝材料掺量增加不断增大,塑性黏度则先增大后降低。     

低温高寒环境下尾砂胶结充填体强度特性研究

研究了低温高寒环境下尾砂胶结充填体的强度特性, 并采用灰色关联分析方法探究了充填体强度对灰砂比、料浆质量浓度和养护时间等强度控制因素变化的敏感程度。结果表明, 低温高寒环境下, 充填体强度随着灰砂比、料浆质量浓度和养护时间的增大而增大, 影响充填体强度的最主要因素为灰砂比, 其次为养护时间, 再次为料浆质量浓度。     

减水剂对全尾砂胶结充填料浆流变性的影响

以全尾砂胶结充填料浆为研究对象,采用桨式旋转流变仪定量分析了聚羧酸(PC)、萘系(PNS)和三聚氰胺系(PMC)三种高效减水剂对料浆流变性能(屈服应力与塑性黏度)和触变性的影响。结果表明:掺入减水剂的料浆流变行为符合Bingham模型;三种类型减水剂掺入料浆后均能降低屈服应力、塑性黏度和触变环面积,且掺量越高降低幅度越大,料浆流变性改善效果越好。三种类型减水剂对料浆流变性改善程度存在差异,其中PC作用效果最好。随着养护龄期的增加,料浆的屈服应力、塑性黏度和触变环面积随之增大,减水剂对料浆流变性的作用效果减弱。     

基于细观尺度的胶结充填体破坏模拟试验研究

为分析充填体材料细观裂纹的萌生、扩展以及相互贯通的破坏机制,从尾砂胶结充填体微细观结构出发,采用Weibull统计函数对充填体材料的非均质特性进行描述,结合充填体室内力学试验结果,建立基于有限元理论的RFPA2D数值力学模型,分析胶结充填体的细观破坏演化模式和声发射特性。研究结果表明:尾砂胶结充填体是一种多相复合材料,具有强度低、非均质性高等特点;试件的破坏首先发生于力学性质较为薄弱的部位,并以此经过微-细-宏观跨尺度发展,最终导致充填体破坏;充填体破裂过程的声发射演化规律反映了裂纹发展的动态特征。     

单轴压缩条件下尾砂胶结充填体的损伤变量与比能演化

为探究充填体单轴压缩过程中损伤变量D、比能演化及二者间的关系, 以大冶铁矿灰砂比1∶6的充填体为研究对象, 开展了单轴压缩及声发射监测试验, 计算损伤变量D、总比能U、弹性比能Ue及耗散比能Ud。结果表明, 充填体的损伤过程可划分为初始损伤(OA')、损伤稳定发展(A'B')、损伤快速发展(B'C')和损伤破坏(C'点以后段)4个阶段, 分别对应压密(OA)、弹性(AB)、屈服(BC)和破坏后(C点以后段)等阶段。损伤变量D在OA段、AB段、BC段和C点以后段分别呈快速增长、缓慢增长、急剧增长、缓慢增长;总比能U和弹性比能U_d不断增大, 且增长速率逐渐加快, 耗散比能U_e先增大后减小。OA'段, U、U_e和U_d均缓慢增长;A'B'段, U、U_e增长较快, U_d增长较慢;B'C'段, U、U_d快速增长, 而U_e增长速率逐渐下降;C'点以后段, U、U_d先快速增长后急剧增长, 且U_d增长速率更高, 而U_e先缓慢下降后急剧下降。试验充填体U_d随D呈指数增长。     

新型固化剂对铜矿全尾砂充填体抗压强度的影响

针对铜矿全尾砂颗粒细及胶结充填成本高问题,进行了新型固化剂对铜矿全尾砂充填抗压强度影响的研究。研究结果表明：当充填总浓度分别为65%、68%、70%,灰砂比为1∶8时,使用新型固化剂试块的28 d抗压强度达到2.556、3.333、3.842 MPa,比使用水泥时提高了650%、520%、461%;当总浓度为70%,灰砂比为1∶8,养护龄期为3、7、28 d时,使用新型固化剂试块的强度分别为1.454、2.983、3.842 MPa,比使用水泥提高了516%、665%、461%;当总浓度为70%,养护龄期为28 d,灰砂比为1∶10、1∶9、1∶8时,使用新型固化剂试块的分别为2.076、2.738、3.842 MPa,比使用水泥时提高了382%、449%、461%。该新型固化剂满足矿山生产要求,克服了水泥全尾砂充填体强度低及充填成本高等技术难题。     

傲牛铁矿三采区全尾砂胶结充填实验研究

傲牛铁矿三采区采用分段凿岩阶段矿房法开采,矿房回采即将结束,下一步将回采矿柱以接续生产。基于此,需要对原有矿房的采空区进行嗣后充填,因此亟待开展全尾砂胶结充填试验研究,为制定采空区充填方案提供基础数据。基于傲牛铁矿全尾砂的粒度组成、输送性能、沉降性能等基础实验,提出了合理的充填料浆浓度范围,并对不同灰砂比、不同浓度的胶结充填体强度进行了对比分析,确定了灰砂比1∶6、料浆浓度76%为最优充填工艺参数,为制定现场的采空区充填方案提供了理论依据。