物理模拟相似材料配比的正交试验研究

本文以砂子、碳酸钙及石膏为相似材料,应用正交设计方法,选取砂胶比、碳酸钙与石膏含量比及试件含水量为三个因素,每个因素设置三个水平,每种岩层设计9组配比方案,并对试件进行单轴压缩试验,获取每种方案下试件的抗压强度,通过比较获得了模型中煤层、粉砂岩和砂岩的相似材料配比号。通过对试验结果进行极差分析,研究了各个因素对试件强度的影响规律,并比较了各个因素的影响程度。     

铁矿床物理模型相似材料正交配比试验

以河砂、碳酸钙、石膏和重晶石为相似材料,应用正交设计方法,以骨料质量与胶结材料质量比、碳酸钙质量与石膏质量比、重晶石粉质量与骨料质量比为控制因素,制定了三因素五水平的试验方案。通过室内力学试验,在获取不同方案的密度、抗压强度、弹性模量等力学指标测试的基础上,分析了力学指标影响因素,得出了相似材料配比与力学指标关系方程。结果表明:重晶石含量对相似材料密度起控制作用;抗压强度力学指标主控因素是骨料质量与胶结材料质量比;相似材料的弹性模量力学指标受骨料质量与胶结材料质量比影响最大,其次为重晶石含量,受碳酸钙质量与石膏质量比影响最小。采用MATLAB程序进行多元线形回归得出,相似材料配比与力学指标关系方程可用于相似材料模型试验配比的确定。     

煤岩体的低强度相似材料正交配比试验研究

 本文采用正交试验的方法对煤岩体的低强度相似材料配比进行研究。选用砂子、碳酸钙、石膏配制满足煤岩体力学性质的低强度相似材料。砂胶比、胶结物比例和容重对相似材料的单轴抗压强度均有较显著影响。对试验结果的分析表明,能够利用试验结果的回归曲线方程对给定单轴抗压强度数值的低强度相似材料进行较准确的配比选择。     

石灰岩相似材料力学性能试验研究

石灰岩分布广泛,是工程施工常见的岩石种类.针对石灰石相似模型试验的需要,采用水泥石膏材料,对石灰石相似材料开展了试验研究.相似材料试验的条件设置包括３种水泥石膏比、３种砂胶比以及３种水固比,总共有２７种配比.对不同配比的相似材料试件开展了单轴抗压试验、巴西劈裂法试验、直剪试验、霍普金斯杆试验,测得了不同配比相似材料的抗压强度、抗拉强度、内聚力、内摩擦角、弹性模量、泊松比及动态抗压强度等力学参数.基于试验数据,分析了水固比、砂胶比、水泥石膏比对水泥石膏相似材料的力学强度变化规律.结合实测的石灰岩力学参数,分析了石灰岩相似模型试验的材料适用配比.     

砂粒径对相似材料力学特性的影响机理

为探明砂粒径对相似材料力学特性的影响机理,提高相似物理模拟实验的精度,对0.1～3mm的11种粒径条件下的99个力学试件进行了单轴抗压测试及渗透系数测试,并从石膏水化反应机理和内外部结构特征两方面阐释了试件力学特性变化的规律及机理。研究发现:砂粒径对相似材料的抗压强度影响范围在-16.51%～49.79%之间,但总体上粒径对材料强度的影响成负相关关系;SEM电镜观察发现,在较小砂粒径条件下生成的CaSO4·2H2O晶体多以相互交织的针状和短粗棒状晶体呈现,材料强度也较大,而粒径大时多以层片状、板状出现,交织程度差,力学强度弱;表征观察发现,砂粒径越小的试件界面缝长度与宽度则越小,砂粒的比表面积越大,接触应力更加均匀,不易产生应力集中而破坏材料;相似材料的渗透系数随砂粒径的增加而增大;当粒径大小为1.5～2.0mm时,试件单轴抗压强度与目标值最为接近。     

基于诱导冒落开采模型的相似材料配比试验研究

依据大石桥大岭西山菱镁矿的开采现状, 以模型试验相似理论为基础, 应用正交试验设计法, 设计了基于砂胶比、石膏与水泥质量比、松香酒精溶液占河砂百分比的3因素5水平材料配比方案模拟菱镁矿石, 对不同材料配比方案的试件进行了力学参数测试, 确定了一种能模拟菱镁矿石的最佳材料配比方案。采用极差分析法分析了各个因素对试件力学参数影响的主次关系, 发现影响试件强度参数的主要因素是松香酒精溶液占河砂的百分比, 影响试件变形参数的主要因素是砂胶比。绘制了各因素对试件力学参数影响的直观分析图, 分析了各因素对试件力学参数的影响趋势。     

基于正交实验的相似材料配比实验研究

应用正交设计方法,以骨料/石英砂、胶凝材料/石膏与大白粉以及水量为3个因素,每个因素设置5个水平。设计了15组材料配比方案,进行了称重、单轴压缩、劈裂实验,获得了不同配比相似材料的密度、抗压强度、抗拉强度等物理力学性质指标。     

基于正交设计的模型试验相似材料的配比试验研究

在前人相似材料研究的基础上,应用正交设计方法,以（铁粉+重晶石粉）/骨料、铁粉/（铁粉+重晶石粉）、黏结剂浓度、石膏含量为4个因素,每个因素设置5个水平,设计了25组材料配比方案,进行了称重、单轴压缩、劈裂和直剪试验,获得了不同配比相似材料的密度、抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、内摩擦角和黏聚力等物理力学性质指标。试验结果表明：不同配比相似材料的物理力学参数分布的范围较大,能够满足不同性质岩体模型试验对岩体相似材料的要求;采用极差分析法分析了各因素的敏感性,发现（铁粉+重晶石粉）/骨料对试件密度、内摩擦角起主要控制作用,黏结剂浓度对试件的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、黏聚力起主要控制作用;并作出了各因素对相似材料物理力学参数影响的直观分析图,分析了各因素对相似材料参数的影响规律。     

不同高径比岩石单轴抗压强度尺寸效应试验研究

尺寸效应是影响岩石单轴抗压强度的重要因素,本次制备了花岗岩和灰岩两类硬岩试件进行室内单轴抗压强度试验,通过数据采集、整理、分析,开展了4种不同高径比岩石单轴抗压强度的尺寸效应研究。结果表明:随着高径比的增大,岩石单轴抗压强度呈现先减小后增大并趋于稳定的规律,其破裂形式也由复杂劈裂破坏向剪切破坏转变。试验成果丰富了岩石强度尺寸效应的基础数据,并为实际工程中岩石力学数据分析和参数选用提供了参考。     

基于三鑫金铜矿的相似材料配比试验

为确定物理模拟试验相似材料的配比,以砂子、水泥和石膏为相似材料,通过正交表L9(34)分别对模拟矿石、模拟围岩进行正交配比试验,并由多元线性回归分析得出相似材料配比与物理力学指标的回归方程。结果表明:(1)砂胶比、水石比、水料比3个因素中,砂胶比对模拟材料的影响程度最大,水石比次之,水料比最弱;(2)3个因素对密度均有一定影响但不明显,单轴抗压强度随砂胶比的增大而显著减小,随水石比和水料比的增大而缓慢增大;弹性模量随砂胶比的增大而显著减小,随水石比的增大而增大;(3)回归方程能较好地适用于用砂子、水泥、石膏制备的模拟材料的单轴抗压强度和弹性模量的计算。试验结果可为确定其他模拟矿体、围岩等相似材料的配比提供参考。     

石膏-砂相似材料配比试验

结合多次开采扰动下边坡稳定性的相似模拟研究方法,采用石膏-砂相似材料进行配比试验。根据实际情况,顾及了相似材料的砂膏比和水膏比等2个因素进行配比试验,研究了不同配比对相似材料抗压强度的影响规律。结果表明:当水膏比不变时,相似材料的抗压强度随砂膏比的增大而增大;当砂膏比不变时,抗压强度随水膏比的增大呈现出先增大后减小的规律,当水膏比约1.2时,抗压强度达到了最大值。     

黑岱沟露天煤矿高台阶抛掷爆破混凝土模型的相似材料配比试验研究

小尺寸模型试验在爆破机理研究中具有重要作用,相似材料的选取是模型试验的前提。以准格尔黑岱沟露天煤矿高台阶抛掷爆破为原型,利用量纲分析法确定了模型与原型之间的相似关系,采用河砂、碎石（<7 mm）、石膏、水泥、水等相似材料成分按照5种配比制作了标准试件,对标准试件进行单轴抗压强度试验和纵波波速测试试验,得到了各配比相似材料的密度、抗压强度、弹性模量、波阻抗等物理力学参数;同时制作了5种配比下的圆柱体素混凝土模型,通过单孔爆破漏斗试验算出各配比相似材料的单耗,最终选取了合适的模型材料配比,该配比可用于下一步的高台阶抛掷爆破模型试验。     

基于正交试验的砂岩相似材料力学性能研究

砂岩相似模拟试验在矿业、土木等领域中应用广泛,为确定砂岩相似材料的配比方案,应用正交设计方法,以河砂/重晶石粉、石膏/水泥、胶结材料/骨料的质量比设置3因子3水平正交试验,对不同配比的试样开展单轴抗压试验、环剪试验,测得每组配比的抗压强度、黏聚力、内摩擦角,研究各参数与正交设计3因子之间的变化规律。基于测试数据,得出以下结论：(1)砂岩相似材料的应力-应变曲线与一般岩石的规律基本相同;(2)对单轴抗压强度起主导作用的是胶结材料与骨料比,试样破坏形态以拉伸-剪切复合失效为主;(3)对黏聚力和内摩擦角起主导作用的是胶结材料与骨料比,环剪试样破坏后发生脆性断裂,且伴有碎石脱落。研究提供了9种相似材料设计配比,可根据需要选择合适的相似材料。     

地下气化煤层软岩顶板相似材料研究

为了寻找适合煤炭地下气化模型实验软岩顶板的相似材料种类及材料配比,通过岩石力学性质实验获得现场顶板软岩的相关力学参数,并根据相似原理理论,以河砂为骨料、粘土和石膏为胶结物,利用正交实验和全面实验方法分析了不同材料配比下的单轴抗压强度,并与利用相似原理处理的抗压强度进行对比研究,结果表明:石膏对相似材料抗压强度的影响作用显著,且受热易粉化,不适合作为煤炭地下气化模型实验软岩顶板相似材料的胶结物;以河砂和粘土为相似材料原料时,当两者质量比为3∶1时,通过实验测得的单轴抗压强度与经过理论计算获得的抗压强度吻合,可满足模型实验对煤层软岩顶板的力学要求。     

九龙煤矿深部岩体注浆浆液配比优化研究

为改善九龙煤矿-850m胶带大巷破碎围岩注浆加固效果,通过实验室析水率和单轴抗压试验,对不同水灰比和膨润土比例的以PO42.5普通硅酸盐水泥和细度800型超细水泥为主要材料的注浆浆液配比进行了优化研究;采用自主研发的MYZJ-2型实验室液压注浆系统对三轴压力试验破坏后的胶带大巷泥岩标准试件进行注浆试验,并对比分析了注浆试验效果。研究结果表明:水灰比1∶0.6,膨润土比例为水泥重量4%的超细水泥浆液,析水率为6%,养护28d后单轴抗压强度为8.87MPa,满足实验室对标准尺寸破坏试件的注浆要求;优化配比浆液对三轴压力试验破坏后的泥岩试件注浆加固后,试件单轴强度恢复值为试件原单轴抗压强度的14.7%,注浆效果较好。     

不同配比全尾砂胶结充填体的动态损伤特性

为得到不同配比下某铜矿尾砂胶结充填体的动力学特性及损伤度,对灰砂比分别为1∶4、1∶6、1∶8和1∶10,质量浓度为72%的充填体试件开展了相似加载应变率下的常规单轴冲击试验。结果表明:1)加载应变率为30s^-1,灰砂比为1∶4和1∶6的试件内部胶结力较强,受到冲击荷载后残余强度较高,仅在边缘处出现少量层状剥落,相同条件下灰砂比为1∶8、1∶10的试件破坏后多以粉质与劈裂柱状体的形式存在,基本丧失原有强度。2)灰砂比为1∶4、1∶6、1∶8和1∶10所对应的损伤值d分别为0.238、0.258、0.443和0.476,当灰砂比由1∶6变化为1∶8时,损伤变量值增幅达171.71%,此阶段充填体整体力学性质大幅度降低,动态抗压强度降低,动弹模量减小,但破坏应变增加,充填体变形性能趋向于脆性。     

石膏类相似材料的配比试验研究

根据地质力学模型试验的相似原理,针对石膏类相似材料的配比进行试验研究。材料有石膏粉、石英砂、水泥、聚丙烯纤维和水,试件按规定配比均匀拌合并压实脱模而成。对模型标准试件进行单轴抗压强度试验和直剪试验等材料力学参数测试,探讨各相似材料成分配比对试件σc、γ与 E的影响特征,选取适合大型地质力学模型试验的配比值,为一次性浇注大尺寸模型试件做准备。该材料具有重度可调、力学参数变化范围广、性能稳定、价格低廉、干燥快速、制作工艺简单、无毒无害等特点。     

煤岩拟三轴水力压裂实验研究

为了更深入地研究煤岩水压致裂机理,首先对MTS815.02电液伺服岩石力学实验系统进行改造;利用煤粉、水泥和石膏不同的配比制作相似材料,对型煤试件和原煤试件进行了拟三轴水压致裂实验,并与现场压裂数据进行了比较分析。结果表明：合理的材料配比为煤∶水泥∶石膏=1.5∶1∶1;裂缝总是沿地应力最大的方向扩展,且裂缝表面特征对...     

类岩石材料脆性特征与配合比方案试验研究

为获得具有与砂岩相近变形及脆性特征的类岩石材料配比,以骨料含量、水泥石膏比和重晶石含量为 影响因素条件,采用正交试验配制了 25 组类岩石材料,并开展物理力学试验。 由 E/ σc 变形指标与 σc / σt 脆性指标对 类岩石材料和原岩进行比较分析,确认符合原岩基本变形指标与脆性指标的试验方案。 采用极差对类岩石材料进行 敏感性分析。 研究表明:试样密度的主要影响因素为水泥石膏比,且随水泥石膏比例下降而下降;试样单轴抗压强度、 抗拉强度与弹性模量的主要影响因素为骨料含量,且随骨料含量的上升,均出现上升—下降—上升趋势。 进一步对 试验数据进行多元线性回归分析,计算得出其线性回归方程并进行演算,结果与原岩数据有较高的一致性。     

物料配比对胶结充填体强度的影响研究

为了研究固体物料配比对胶结充填体强度的影响,采用压力机对16种不同配比养护龄期28d的胶结充填体试件进行单轴压缩试验,使用引伸计测量了胶结充填体试件的应变,研究了胶结充填体试件单轴抗压强度与物料配比的关系以及试件在压缩过程中的应力应变关系。试验结果表明,灰砂比相同时,胶结剂中水泥含量越多的充填体单轴抗压强度越大;胶结剂成分相同时,胶结剂含量越多的充填体单轴抗压强度越大;胶结充填体的应力应变曲线分为5个阶段,分别是孔隙裂隙压密阶段、线弹性阶段、屈服阶段、应变软化阶段以及残余强度阶段。