循环载荷下块石胶结充填体声发射特性研究

利用RMT-150C岩石力学试验系统和PCI-2型声发射采集系统,对灰砂比为1∶4的纯尾砂充填体与块石作骨料的胶结充填体在不同幅值循环加卸载条件下损伤破坏全过程的声发射特性进行了研究。试验结果显示：含块石充填体在循环载荷下损伤破坏过程声发射信号较纯尾砂充填体更加丰富,且均表现出在加卸载应力幅值为80%的阶段声发射活动最为平静的共性。试验数据处理结果表明：充填体Kaiser效应的有效应力区间为相对应力水平低于70%,超过这一区域后,Kaiser效应失效,Felicity效应显著。     

块石对充填体损伤演化影响的声发射表征

块石胶结充填体中块石含量是决定承载能力的关键因素,在RMT-150C材料试验机上进行不同块石含量的尾砂胶结充填体单轴压缩实验,利用1 MHz的宽频声发射传感器采集峰值破坏前各阶段声发射参量,试验结果显示了块石对充填体不同承载阶段应力-应变水平的影响。对比应力-应变-累计声发射事件数关系,发现块石的掺入有利于降低充填体裂纹产生与扩展的速率从而使其承载能力得到加强。分析试验数据得到用累计声发射事件数表征充填体损伤程度的关系式,并得到2组试件的损伤-应变水平关系曲线。分析表明,块石的加入有效抑制充填体前期的损伤增长速率,并使得损伤激增段出现后延趋势。     

块石含量对充填体残余承载阶段损伤演化影响研究

块石胶结充填体中块石含量是决定承载能力的关键因素,在RMT-150C材料试验机上进行不同块石含量的尾砂胶结充填体单轴压缩实验。试验结果显示了不同块石含量胶结充填体承载过程中残余承载阶段应力-应变变化关系。利用损伤力学理论建立了不同块石含量的损伤本构方程及损伤演化方程。对比损伤-应变关系曲线,发现随着块石含量的增加,块石胶结充填体应力峰值所对应的损伤值逐渐增加。分析认为,块石含量对充填体试件残余承载阶段的损伤增长速率的影响规律是块石含量较低（10%、20%）时加速损伤增长,块石含量较高（30%）时抑制损伤增长。     

循环载荷下胶结充填体损伤声发射表征

胶结充填体是充填采矿法应用的关键部分,其稳定与否是充填采矿成功实施的基础和前提。实际采矿活动对充填体产生一种循环重复的加卸载扰动,通过研究循环加卸载作用下充填体损伤破坏过程的声发射特征,探求充填体的损伤演化机理,可为充填体声发射监测技术提供基础性依据。本研究利用RMT-150C电液伺服系统和PIC-2型USB数字多通道声发射仪对灰砂比为1∶4的4组试样进行多级加卸载试验,模拟充填体实际所处应力环境。通过对试验过程系统接收到的声发射信号分析处理后,发现了循环载荷下胶结充填体的损伤演化具有3个不同阶段特征;同时用经过声发射参数量化后的损伤值表征充填体的损伤,为充填体稳定性监测技术的建立提供数值依据。     

块石对充填体强度特性及损伤演化的影响

块石胶结充填体中块石含量是决定承载能力的关键因素,在RMT-150C材料试验机上进行不同块石含量的尾砂胶结充填体单轴压缩试验,研究块石对充填体不同承载阶段变化规律的影响。对比应力-应变关系曲线,发现块石的加入有利于提高充填体抗压强度,延迟应力峰值出现。利用试验测试结果得到损伤本构模型表达式和损伤演化方程表达式。分析损伤变量-应变关系曲线可知,块石的加入有利于减缓损伤变量的增长速率,并对提高残余承载能力具有显著效果。     

循环荷载作用下胶结充填体声发射特征试验研究

随着开采深度的增大,采场地压显现日趋严峻。胶结充填体作为充填采矿法中采场的重要结构单元,对维护采场稳定具有重要作用,因此了解认识胶结充填体在外界荷载作用下的响应特征具有重要的意义。通过进行单轴循环加卸载试验,研究了胶结充填体在加载阶段的声发射特征,以及声发射“平静”期的分形特征。结果表明:胶结充填体存在明显的压密阶段。在压密阶段初期,声发射能率较大。而后随着应力的增大,声发射能率又逐步降低,并最终维持在较低的水平;在弹性阶段,声发射事件率和能率随应力的增大而增大,并且声发射事件率普遍大于其余加载阶段;在加载应力达到胶结充填体峰值应力前,声发射会出现“平静”期。在此时期,声发射能率出现剧烈波动,且声发射分形维数是不断减小的;试验中,下级加载声发射能率大于上级加载,并且声发射能率对充填体损伤程度的敏感性大于声发射事件率。      

尾砂胶结充填体声发射特征的分形分析

对取自某铜矿的尾砂按不同配比制备尾砂胶结充填体试样,在单轴压缩条件下,进行尾砂胶结充填体破坏全过程声发射试验,通过对声发射基本参数序列进行理论分析,证实了充填体的声发射过程具有分形特征,并采用＂G-P算法＂计算了能率时间序列的关联维数.结果表明：低配比（1∶8）试样的关联维数在应力水平为60%时突降到最低,结构内部裂纹扩展开始变得有序,并呈宏观态势发展;高配比（1∶4）试样的关联维数是逐渐降低的,在峰值破坏时降到最小.此外,关联维数的＂突降→平静＂和＂持续降低＂两种模式可分别作为两种配比的充填体现场稳定性监测、预报的前兆判据.     

分级尾砂胶结充填体力学及声发射特性试验研究

胶结充填体力学性质、充填强度和损伤过程是影响矿山充填安全的重要因素。对单调加载条件下矿山尾砂胶结充填体力学及声发射特性进行研究,制作了不同配比条件下的圆柱型充填体试件,测试其单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、应力-应变曲线和声发射参数,研究分级尾砂胶结充填体的变形破坏特征。研究结果表明,分级尾砂胶结充填体养护时间和单轴抗压强度之间存在指数关系,提出分级尾砂胶结充填体强度-养护时间预测模型,从而为探究分级尾砂胶结充填体力学参数的成因及对其调节提供依据。     

不同块石配比充填体的强度特性研究

利用RMT-150C型液压伺服控制系统进行不同块石含量胶结充填体的室内单轴抗压试验,得到块石质量百分数为0时抗压强度值为3.800 MPa,30%时抗压强度值为4.090 MPa,40%时抗压强度值为2.729 MPa,50%时抗压强度值为3.333 MPa,抗压强度值随块石含量增加呈现先增后减再增的变化规律;分析4组应力-应变曲线峰值应力对应的应变可得,块石含量为0时峰值应力对应的应变在0.006附近,30%时峰值应力对应的应变在0.0075附近,40%时峰值应力对应的应变在0.010附近,50%时峰值应力对应的应变在0.0125附近.说明块石的增加有效提高了充填体的变形能力,但在一定程度上削减了充填体的支承能力.     

拉伸试验中充填体声发射特性及数值模拟研究

下向胶结充填采矿过程中, 胶结充填体顶板的破坏不仅受抗压强度的影响, 而且还表现为张拉破坏, 为了充分探索充填体顶板张拉破坏过程中的损伤演化规律, 对胶结充填体试件进行了单轴抗拉破坏声发射试验, 并利用RFPA2D软件对其拉伸破坏过程及声发射信号进行了数值模拟.模拟分析表明, 胶结充填体的抗拉破坏是始于试件圆盘中部, 沿着加载轴线方向出现裂隙萌生与扩展, 并汇聚成宏观的裂隙带, 最终导致整体失稳的破坏过程.模拟结果还再现了抗拉破坏时声发射的分布规律, 其结果对比室内试验的声发射特征规律, 具有很好的一致性.      

砂岩单轴循环加卸载试验及声发射特征研究

通过对砂岩进行循环加载试验,揭示了砂岩在循环加卸载过程中的强度变化及声发射特性。试验利用电液伺服岩石三轴试验机和SDAES数字声发射检测仪采集系统,对两组砂岩试样分别进行单轴抗压、单轴循环加卸载试验。试验结果表明岩样在经过循环加卸载后试样的单轴抗压强度略有增大,循环加卸载过程中在伴随着岩样内部原始天然裂隙的压密、新生裂纹的产生、扩展和贯通的同时,也伴随着声发射不断产生。声发射事件在砂岩再次加载应力到达上次加载最大应力前极少发生,达到上次加载最大应力以后则大量发生,说明砂岩岩样在循环加卸在作用下存在声发射的Kaiser效应,而无Felicity效应产生。     

充填物对含孔洞大理岩力学特性影响规律试验研究

为研究充填物对含孔洞岩石的力学特性及变形破坏特征的影响规律,室内预制加工了含孔洞及石膏充填物大理岩,分别对其进行单轴压缩和声发射试验,并对破坏前后试件进行CT扫描,分析其裂纹扩展规律.试验结果表明:(1)相比于含孔洞大理岩,石膏充填使试件的抗压强度提高了10.62%.二者峰前特征相似,均表现为孔周裂纹起裂引起第一次应力跌落现象,峰后特征则有所不同,石膏充填使大理岩变形的局部化特征更为明显.(2)峰后阶段,含孔洞试件声发射特征显著,裂纹扩展迅速,石膏充填试件稍慢,表明石膏充填遏制了试件的裂纹扩展.(3)含孔洞和石膏充填大理岩的破坏模型有所区别,含孔洞试件破坏裂纹较为单一,主裂纹以张拉破坏为主,翼裂纹在试件端部较多,部分从侧面贯通,形成块体掉落.充填条件下孔洞周边的裂纹更细更分散,小裂纹相互贯通,形成"X"状剪切破坏.