低强度相似材料性能指标双因素方差分析

为了研究低强度相似材料性能与相似材料配比因素之间的关系,根据相似材料配比试验结果,确定了上横山矿床硅质页岩、含钒页岩和炭质页岩相似材料的合理配比,分别为8(37)、9(64)、10(37),通过双因素方差分析方法,重点分析相似材料配比因素中砂胶比和水膏比两个因素对低强度相似材料性能指标的影响。试验结果表明,砂胶比对相似材料的密度、单轴抗压强度、弹性模量和泊松比均有高度显著影响;水膏比对材料的密度和弹性模量有高度显著影响,而对材料的泊松比影响不显著。通过双因素方差分析确定对低强度相似材料力学参数影响较显著的因素,进而控制相似材料参数,避免了选择低强度相似材料的误选、误判,有利于提高试验效率。     

透明岩体相似材料配制及其物理力学特性分析

针对岩体内部变形破裂难以直接观测的“黑箱”难题，研发配制透明岩体相似材料进行相似模拟试验。选取E-44型环氧树脂作为骨料，三乙醇胺作为固化剂，外加酒精松香饱和溶液(RSS)来调节脆性。设计考虑2因素4水平的全面试验，以E-44型环氧树脂与三乙醇胺的配比及RSS在混合溶液中的含量为2个因素，系列研究了不同配比下透明岩体的透明度、类岩石性和强度可调性。研究结果表明：不同配比制备的透明岩体均具备透明性。不同配比制备的透明岩体试样在单轴抗压强度、应力-应变曲线和破坏模式方面与岩石力学性质相似，表明不同配比制备的透明岩体试样具有类岩石性。透明岩体试样的单轴抗压强度、峰值应变和弹性模量随E-44型环氧树脂和固化剂配比和RSS含量的变化而产生较大的变化，因此，可通过改变原料配比调整透明岩体试样的力学性质，制备的透明岩体试样满足强度可调性。     

脆性相似材料的研制与新型模型应力测试方法

以石膏为胶结料,以云母粉为调节剂,通过试验研究不同配比的抗压强度、抗拉强度和压拉比,最终研制出一种脆性相似材料及配比,能够模拟不同脆性度的低强度到中等强度岩体。以此材料制作应力传感元件,通过将两组应变花预埋在应力传感元件内部,达到测量相似模型内部各个方向的应力的目的。将应力传感元件进行应力标定,元件表现良好的弹性特征,表明所研制的元件具有较高的可靠性,该方法可运用于测量相似模型内部各个方向的应力。     

突出煤层相似材料配比模型构建的正交试验研究

突出煤相似材料是进行煤与瓦斯突出模拟试验的基础,突出煤相似材料需综合考虑力学特性、吸附解吸特性和孔隙特性等方面与原煤的相似性。为解决目前煤与瓦斯突出相似材料与原煤相似度不高的问题,选取水泥比例、沙子比例和成型压力为3个主要影响因素,通过正交试验和单因素试验方法研究各因素对相似材料单轴抗压强度、弹性模量、吸附CO2和CH4时的放散初速度以及孔隙率的影响。试验结果表明,相似材料单轴抗压强度和弹性模量随水泥比例和成型压力的增大而增大,放散初速度随水泥比例和沙子比例增大而减小,孔隙率随成型压力增大而减小。通过方差分析及多元线性回归分析,获得相似材料3个影响因素与试验指标之间的量化关系,构建了突出煤相似材料多因素配比模型,依据该模型可获得目标相似材料的配比数据,通过试验验证得到该配比模型在力学指标方面的误差在20%以内,放散初速度及孔隙率方面的误差在10%以内。最后,采用构建的相似材料配比模型制作突出型煤,利用自主研制的大型煤与瓦斯突出模拟试验系统成功开展了高应力作用下的煤与瓦斯突出模拟试验,进一步证实了配比模型的可靠性。     

基于正交试验的岩层相似材料配比研究

为获得不同密度和力学强度的相似材料配比,选用石膏、碳酸钙及河砂3种原材料配置低强度相似材料,设置水量为1/7、1/9,测试了试件的物理力学等指标参数。试件的破坏形态主要呈现剪切破坏和劈裂破坏;水量为1/9和1/7的试件抗压强度分别为30.7～357.3 kPa、46.4～426.2 kPa,可以满足不同配比下岩层相似材料的力学要求。当水量为1/9时,碳酸钙:石膏质量比是影响相似材料单轴抗压强度的主要因素;当水量为1/7时,砂胶比是影响相似材料单轴抗压强度的主要因素。实验结果为煤层开采相似材料模拟试验提供了理论依据。     

相似材料配比量化确定方法的研究

基于相似模拟试验对地质研究的重要性,以石英砂、石灰和石膏为配比原料,通过正交设计与极差分析结合的方法,以砂胶比、灰膏比、养护天数作为控制因素,研究了各个因素对相似材料力学参数敏感性影响。结果表明:砂胶比对材料密度的影响要大于灰膏比对密度的影响;抗压强度随着砂胶比增大会显著降低,随着灰膏比增大会缓慢降低,养护天数对抗压强度的影响则介于两者之间,且随着时间增加强度趋于稳定。通过对试验结果进行多元线性回归分析,确定相似配比材料试验方程,并以养护天数对大致确定的配比材料进行调整,做出最合理的相似材料。     

高强度相似材料配比试验研究

为配制出高强度的相似模拟材料,拟采用水泥和石膏作为胶结料。以沙胶比和水膏比为控制因素,每个因素设置3个不同的水平,同时设置1个检验组,每组制作3个试块,对30个试块进行试验。通过称重、压缩得到了不同配比试块的密度、单轴抗压强度等物理力学性能指标。研究结果表明,不同配比试块的密度约为1.73 g/cm~3,各组差别较小。但不同胶结料含量试块的单轴抗压强度差别较大,最低强度为0.45 MPa,最高达到2.6 MPa,覆盖范围广,基本可以满足大部分岩体材料模型试验对相似材料的要求。利用MATLAB软件对试验数据进行回归分析,得到了回归方程。利用回归方程得出的配比与检验组试块的配比吻合较好,能够用于相似材料配比的确定。     

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.     

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。     

冷压型煤强度影响因素的研究现状及展望

为了便于开展在物理力学性质和吸附性能方面与原煤相似度较高的突出模拟相似材料配比试验研究,对粉煤成型机理以及冷压型煤强度影响因素的研究成果进行了梳理,概括了现有粉煤冷压成型机理,重点分析了粉煤粒度及组成、成型压力、成型水分和粘结剂对冷压型煤强度的影响规律,并在此基础上对煤与瓦斯突出模拟试验型煤制作工艺进行了优化,对后续型煤强度影响因素研究前景进行了展望,为大尺寸突出煤相似模拟材料配比制作及其工艺研究提供参考。     

全尾砂-人工砂结构流体胶结充填配比优化

针对贵州某金矿矿体及围岩在断层和裂隙带中产出、易垮塌且遇水泥化等问题,分别设计了单轴压力机试验与环管试验,对全尾砂-人工砂结构流体胶结充填的充填体强度和充填料浆流动性能进行检验与分析。单轴压力机试验结果表明：在打底充填中,料浆质量浓度为75%~76%、水泥掺量为20%、人工砂与尾砂质量比为2.9时为最优配比;在非打底充填中,质量浓度为75%~76%、水泥掺量为12%、人工砂与尾砂质量比为2.9时为最优配比。该金矿在370 m水平充填倍线最大,为5.7。经过环管试验测定并分析,在2种最优配比情况下,充填料浆均可以实现自流输送。     

锡冶炼渣-全尾砂胶结充填体强度特性研究

充填体材料的选择以及强度特性的研究有助于解决矿山生产安全、环境破坏、充填成本等问题。为了将冶炼生产中的固体废渣二次利用,并与矿山尾砂胶结后将其运用于回填矿山采空区,本文选用锡冶炼渣-全尾砂作为充填试验材料,通过室内实验、逐步回归分析以及双因素交互作用分析的方法研究了不同锡冶炼渣掺量、质量浓度、灰砂比、养护龄期下充填体抗压强度的特性。实验结果表明：其他条件固定不变,充填体的单轴抗压强度随养护龄期的增加呈递增规律;同质量浓度及灰砂比条件下,充填体单轴抗压强度随锡冶炼渣掺量的增加呈递减的趋势;28 d养护龄期,质量浓度78%灰砂比1:4,,掺入30%锡冶炼渣强度降至7.04 MPa,与未掺锡冶炼渣强度值9.5 MPa相比,降幅为25.9%。低灰砂比、低质量浓度,掺入同量锡冶炼渣对充填体试件抗压强度影响较小。经逐步回归分析得出充填体单轴抗压强度回归方程以及影响充填体强度大小的因素排序。锡冶炼渣掺量与灰砂比交互作用对充填体的强度影响较为显著。     

磷石膏基复合充填材料力学性能试验研究

针对黄麦岭露天转地下充填开采为背景,对该矿的磷石膏复合充填体进行室内单轴抗压强度正交试验,研究不同的料浆质量浓度、磷石膏、粉煤灰、水泥的含量及拌合水p H值等5个因素对充填材料力学性能的影响。对不同配比的复合充填体在分别养护7 d、14 d和28 d后的单轴抗压强度进行测试,同时研究各组配比的坍塌度和泌水率,通过DPS和MATLAB优化工具箱对试验数据进行多元回归分析,最终得到了复合充填材料的优化配比,研究结果表明:当质量浓度为77%、拌合水p H值为12.9,磷石膏、粉煤灰、水泥在比值为5∶12∶3时充填体强度为4.87MPa,坍塌度为208.82 mm。对优化配比进行了试验验证,表明28 d的充填体强度为5.13 MPa,对应坍塌度为196mm。该成果为黄麦岭矿利用磷石膏和粉煤灰提供了理论依据。     

Experimental study on similarity materials for soft rock of deep-buried tunnels

When every parameter is properly scaled down in accordance with some similarity coefficients, it is possible to study the physical-mechanical properties of rock mass with a scale model. To identify the key mechanisms of soft rock in deep buried tunnels, the proper sand, binder and ratio were selected. During the process, the model manufacture technology was introduced and typical tests were done and the results were presented. The physical and mechanical properties effects caused by each composition were discussed. It is shown that the physical and mechanical properties of chosen ratio material such as uniaxial compressive strength tests, elasticity modulus, tensile strength, internal frictional angle, and Poisson’s ratio meet with similarity relationship well. The physical and mechanical properties of deep soft rock are simulated successfully.     

深部裂隙煤岩体变形破坏机理及高压注浆改性强化试验研究

为了对深部高应力裂隙煤岩体变形破坏特征及改性强化机理进行研究,首先采用小孔径水压致裂法对埋深500 m左右和1 000 m左右的地应力分布特征进行现场实测研究,以此为基础对比分析了不同埋深条件下地应力分布特征、煤岩体破裂强度及典型裂隙分布发育特征,拟合得到了不同埋深条件下裂隙煤岩体摩尔强度包络线公式。采用数值模拟方法对比研究了不同埋深不同应力水平条件下煤岩体不同角度裂隙变形破坏特征。根据裂隙扩展应变能释放率与能量吸收率间的关系,探讨了影响深部裂隙煤岩体改性强化的主要影响因素。通过建立裂隙悬臂梁力学模型,采用格里菲斯裂纹扩展破坏准则分析了裂隙扩展临界载荷和裂隙不同角度间的关系。基于现场实测及数值模拟研究结果,通过对不同埋深煤岩体破裂强度的统计分析,结合煤岩体改性强化的工艺及装备要求,提出了深部裂隙煤岩体改性强化的基本原则及临界值范围。基于上述研究成果,在千米深井工作面巷道进行了现场试验,得到了裂隙煤岩体改性强化高压注浆全过程改性压力曲线。通过对裂隙煤岩体不同改性强化阶段浆液扩散特征的分析,最大注浆改性强化压力为30 MPa,一般为15～20 MPa,与提出的改性原则相符。通过现场取样表征...     

新元煤矿破碎煤体单轴抗压强度快速测定方法研究及应用

单轴抗压强度(UCS)是衡量煤岩体力学性能的基本参数之一,破碎煤体UCS一直是煤矿工程师面临的一个难题。以新元煤矿为工程背景,提出了一种基于原位钻孔触探法快速测定破碎煤体UCS的方法,为构建破碎煤体单轴抗压强度现场测定方法提供了一个新的思路。首先通过优化探针直径和改进动力源,现场对破碎煤体进行原位钻孔触探强度测定,然后采集破碎煤样进行实验室点载荷强度测定,同时根据钻孔触探法和点载荷法2种测试方法将测试数据分为两组,得到对应测试结果威布尔分布相关参数,其次运用数理统计软件SPSS分别对回归方程和回归系数进行显著性检验,建立临界载荷(Pc)与点载荷强度指数(Is50)的关系,在此基础上借助Is50与UCS的经验关系,建立破碎煤体UCS与Pc的关系,实现破碎煤体UCS的原位快速测定。研究结果表明:钻孔触探法与点载荷法测试数据对应的威布尔分布形状参数分别为:4.02,4.12,即2种测试方法的测试结果分布函数形状基本一致;新元煤矿破碎煤体钻孔触探临界载荷与点载荷强度指数的关系为:Is50=0.066Pc-0.002;新元煤矿破碎煤体UCS与钻孔触探临界载荷的关系为:UCS=0.807Pc+1.726;新元煤矿破碎煤体钻孔触探临界载荷为1.55~3.48 MPa,UCS为2.97~4.53 MPa;新元煤矿破碎煤体UCS测定结果与现场估算较为接近,表明所提出的破碎煤体单轴抗压强度测定方法切实可行。     

岩石点荷载强度与单轴抗压强度关系研究

点荷载试验是一种在工程现场快速确定岩石单轴抗压强度的方法。自国际岩石力学协会建议采用以来,得到了广泛的研究和应用。点荷载强度指标和单轴抗压强度之间的变换关系式存在较大的不确定性,影响该关系的因素较多,例如修正系数、点荷载强度标准值等。以贵州紫金水银洞金矿多个采场顶板岩石的点荷载试验数据为基础,探讨了不规则点荷载强度指标IS和点荷载强度标准值IS(50)之间的修正系数F的变化情况,分析比较了目前常用的四种计算方法获得的点荷载强度标准值IS(50),并对点荷载强度标准值IS(50)与岩石单轴抗压强度σC进行曲线拟合和线性拟合比较,最后得到了该矿顶板的单轴抗压强度σC和点荷载强度标准值IS(50)之间的最佳关系式,这种拟合关系在该工程施工过程中得到了很好地运用,经实践证明这种关系式是可行的。     

大红山铁矿细粒级尾砂胶结充填材料充填强度试验研究

为探索大红山铁矿细粒级尾砂胶结充填材料充填强度,结合大红山铁矿实际需求,对细粒级尾砂胶结充填材料应用及充填体强度进行试验研究。试验结果表明,采用新型胶结材料代替传统硅酸盐水泥,分级尾砂胶结充填时,灰砂比1∶10时即能满足充填采矿工艺要求;全尾砂胶结充填时,新材料胶结灰砂比1∶8的28 d抗压强度与分级尾砂水泥胶结灰砂比1∶4的28 d抗压强度相当,能有效降低充填成本,具有良好的经济效益和环保效益。     

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。     

多因素影响下石膏-石英砂类相似材料强度特性变化规律研究

以石膏-石英砂类相似材料为研究对象,采用室内实验分析了7种因素对该类相似材料强度指标的影响规律。结果表明,养护温度和材料密度与材料强度指标呈正相关,养护湿度、砂胶比、灰膏比、细粒级石英砂含量、含水量等与材料强度指标呈负相关。计算了不同影响因素的敏感度指标,其中材料强度对养护温度的敏感性仅4.5%,而对砂胶比的敏感性达到了104.9%。对于单轴抗压强度,温度、含水量、密度、湿度、灰膏比、细粒级石英砂含量和砂胶比的敏感度依次增大; 对于抗拉强度,砂胶比、灰膏比、密度、湿度、含水量、细粒级石英砂含量和温度的敏感度依次降低。