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。     

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。     

水泥石膏相似材料的模拟实验

采用水泥石膏相似材料制作模型，工艺简单、材料来源广、价格低廉，其材料与岩石的结构及破坏方式均类似。它既保留了水泥砂浆流动性好的优点，又大幅度地提高了砂浆的抗压强度和抗剪强度，是一种较好的相似材料。着重研究了石膏用量、水泥用量、水的用量对水泥石膏砂浆强度的影响；并寻找到一组符合现场岩石性能的水泥石膏砂浆的优良配方。     

流-固耦合相似材料的研究

结合山东三山岛海下金矿的地质力学模型试验, 在借鉴了大量固相模型材料研究的基础上, 研制了流-固两相模型材料, 较好地解决了固体模型材料遇水容易崩解的问题。通过对相似材料进行试验, 重点研究了材料中不同骨料配比、骨料与胶结物的配比以及胶结物中胶结材料的配比等因素对试块强度的影响规律。通过调整材料配比可得到参数变化幅度较大的模型材料, 从而可用来更广泛地模拟不同的岩体材料。这些研究成果为岩石力学相似模型试验提供了参考。     

燃煤炉渣混凝土材料配比及强度特性试验研究

为了制备出适合羊场湾煤矿底板强度的燃煤炉渣混凝土,以电厂燃煤炉渣、水泥、砂子、石子等为原材料配制混凝土,并对炉渣混凝土进行了抗压强度试验研究。研究结果表明:燃煤炉渣是影响混凝土强度的直接原因,炉渣含量的增加会使混凝土抗压强度降低;燃煤炉渣混凝土最佳配比为水泥∶燃煤炉渣∶水∶砂子∶石子=1∶2∶0.74∶0.33∶0.67,混凝土抗压强度可达15MPa以上。     

相似材料配比的正交试验研究

本文基于正交试验设计的基本原理，结合煤矿边坡相似材料模拟试验研究的实际，介绍了相似材料配比试验优化方法。指出了高陡边坡相似模拟应注意的问题。     

相似材料单轴压缩力学性能及强度误差来源分析

为提高相似材料模型试验的模拟精度,通过单轴压缩测试了2种不同材料(砂-石膏、砂-水泥-石膏)、不同配比试件的应力-应变特性,分析其力学性能、破坏特征,并探讨了相似材料模型制作及试件测试过程中的误差来源.研究结果表明:1)2种相似材料试件在加载过程中均能表现出良好的弹塑性性质,可针对不同试验岩体进行模拟仿真;2)2种相似材料试件峰后软化段平稳,残余强度稳定;3)由于相似材料体胶结不够充分,原发损伤多,加载过程中易出现异常卸压和应力波动,破坏特征主要以张裂和共轭双剪为主;4)相似材料模型制作过程中,人为因素影响较大,提出了配制和测试过程中的误差来源,应尽量避免以增加相似材料试验精度.     

模拟煤体的相似材料试验研究

文对模拟煤体或软岩的相似材料配比进行了试验研究,分析了砂胶比、水固比等因素对相似材料模型物理力学性能的影响规律,并确定了不同抗压强度的相似材料的配比方案。     

煤与瓦斯突出相似材料常用黏结剂对比试验研究

为比较水泥、石膏、腐植酸3种黏结剂在制作煤与瓦斯突出相似材料时对材料强度和瓦斯解吸性能方面的影响,利用岩石三轴试验机和瓦斯放散初速度测定仪,获得了不同黏结剂条件下相似材料的单轴抗压强度和瓦斯放散初速度数据。研究结果表明:相似材料的单轴抗压强度随黏结剂比例的增大而增大,水泥作为黏结剂对材料单轴抗压强度的影响幅度最大,分别添加5%～20%的水泥、石膏、腐植酸,材料的最大单轴抗压强度分别为6.165、2.02、1.63 MPa;材料的瓦斯放散初速度随黏结剂比例的增大而减小,随着黏结剂比例的增大材料的瓦斯放散初速度变化程度从大到小依次为水泥、腐植酸和石膏。     

岩质边坡不良地质体模型试验中泥岩相似材料试验研究

针对岩质边坡不良地质体渐进破坏,开展模型试验中泥岩相似材料的试验,参考学者们已有的研究经验,选用两种配合比进行试配。第一组：铁精粉、重晶石粉、石英砂、橡胶粉及松香酒精;第二组：铁精粉、重晶石粉、石英砂、石膏粉和水。通过测试密度、抗压强度及变形模量发现第一组相似材料各指标与目标值均相差甚远,而第二组相似材料,需至少养护7 d,除密度外其余指标均在目标值范围。参照第二组配比,通过二次试验,重点调整铁精粉、重晶石粉掺量,两种材料质量占比约为65%～72%。另外加入适量甘油,得到了满足泥岩相似材料各项指标的配合比,试验结果能为制备泥岩相似材料时提供一定的借鉴。     

低水泥及低胶凝材料用量高强高性能混凝土配制研究

选用JQ-HPC80型井筒专用高性能混凝土外加剂,配制出了低水泥及低胶凝材料用量的高强高性能混凝土,混凝土强度可达到90MPa以上,完全能满足目前煤矿井壁施工需求。重点介绍了高强高性能混凝土配制所用的各种原材料及其性能指标,配合比设计及工作性能、力学性能试验情况。     

高岭土基矿物聚合物材料的制备及抗压强度的影响因素

以高岭土、水玻璃和NaOH为原料,制备矿物聚合物材料,研究高岭土煅烧温度及掺量、水玻璃和NaOH的掺量、养护温度分别对矿物聚合物抗压强度的影响。结果表明,高岭土煅烧温度升高、掺量增大、水玻璃和NaOH的掺量的分别增大,矿物聚合物抗压强度均先增大后减小;提高养护温度,可以显著提高矿物聚合物的早期抗压强度,缩短养护时间;并讨论了各影响因素的作用机理。最后得出矿物聚合物的最佳合成条件为:高岭土在600℃煅烧4h,高岭土、水玻璃、NaOH的配比为7.5∶6∶1,在60℃下养护2h,抗压强度可达70MPa以上。     

加载速率对煤岩抗拉强度参数影响程度研究

加载速率效应是岩石材料力学特征的一个重要性质。采用室内实验方法,对煤岩进行不同加载速率下抗拉强度的影响程度研究。结果表明,加载速率的变化影响煤岩的抗拉强度及破坏模式,煤岩抗拉强度较低,具有低强度高脆性的特征,且受加载速率影响很大。加载速率较低会造成煤岩破坏过程沿着内部缺陷、天然裂隙破碎,有明显的延性特征。而加载速率较高时,拉伸破坏过程伴随煤粉的产生,呈明显的脆性破坏特征。该结论对分析煤岩受拉破坏条件及煤层气开发工程具有参考意义。     

侧限高应力固结条件下胶结充填体强度特征及强度激发机理

由于围岩压力的作用,仅用实验室内单轴抗压强度(UCS)无法完全表征深部采场中的胶结充填体(CPB)强度特征。为了研究CPB在深部采场内的强度特征,设计了CPB试样的侧限高应力固结(CHSC)试验方法,开展了侧限固结应力为2.0、4.0、8.0、16.0和32.0MPa的CHSC试验,试验结果表明:侧限固结应力对CPB的强度激发效果显著,不同养护龄期CPB试样的强度激发程度不同,养护龄期与UCS(固结后)呈对数函数关系,固结应力与UCS(固结后)呈指数函数关系。通过电镜扫描对CPB试样在固结后的强度激发机理进行了分析,从微观角度解释了CHSC对CPB的强度激发原理。     

尾矿砂膏体充填材料工作与力学性能研究

采用流变性能与单轴抗压强度试验对5种配合比的膏体充填材料进行了测试,结果表明:以尾矿砂、粉煤灰、水泥为主要原料能够制备出满足采空区回填工作与力学性能要求的膏体充填材料;随粉煤灰掺量增加,膏体的屈服应力降低,塑性黏度无明显变化;随水泥用量增加,膏体的屈服应力与塑性黏度均降低,但在添加一定量水泥后,屈服应力有增长的趋势;随粉煤灰掺量增加,膏体早期强度降低,而随水泥用量增加,膏体的早期强度增大。     

脱硫石膏配制胶结材和混凝土的研究

以脱硫石膏、水泥、石子、砂子、外加剂为原料配制胶结材和混凝土,并研究了所配制的胶结材和混凝土的性能。结果表明:脱硫石膏经过烘干、筛分后,与水泥、高效减水剂混合能够作为胶凝材料。用脱硫石膏替代10%水泥配制成胶砂,其抗压、抗折强度均满足P.O42.5水泥的强度指标要求,凝结时间及安定性合格;采用脱硫石膏替代30%水泥,添加减水剂配制成混凝土,其强度满足C30混凝土指标要求,抗渗性能达到P12抗渗等级要求。本研究结果如果能够实施,既可以大量利用脱硫石膏,又可以解决环境污染。     

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FLAC3D的层状岩石强度特征研究

利用单元切割法确定节理单元并赋予相应的本构模型进行计算,研究单轴与不同围压条件下的不同节理倾角层状岩石的力学特性。结果表明,无论是单轴压缩试验还是三轴压缩试验,节理对岩石强度的影响都很显著; 随着节理倾角增加,层状岩石单轴抗压强度先减小后增大,呈U型分布,在层理倾角呈60°时,抗压强度值最低; 从塑性单元个数可以看出,层理倾角0°~30°以及90°时,岩石以突然破坏为主,而层理倾角45°~75°时岩石破坏较缓慢; 随着围压增加,岩石抗压强度增加,岩石破坏时间延后,弹性段增长。研究结果可为岩石、岩体的各向异性问题的研究提供参考。