胶结充填材料的强度特性与强度设计(Ⅳ)——提高胶结充填材料强度特性的途径

对于低强度的胶结充填材料,在不增加水泥含量的条件下,可以通过改善充填料自身的组成特性,在充填体中铺设加固层以及适当调整充填法采场的结构等措施来提高其强度特性。这些措施对降低充填成本有很大的实用价值。     

胶结充填材料的强度特性与强度设计(Ⅰ)——胶结充填体的强度设计

目前国内外胶结充填体强度的设计方法可分为三类,即类比法、模型法及数值分析法。本文对国内外部分矿山胶结充填体的强度设计方法及主要参数进行了归纳和分析,并采用模型法按照胶结充填体的高度与强度这一对矛盾因素,得出了一条强度经验曲线和计算公式。文中还介绍了胶结充填料强度测试的基本方法。     

胶结充填材料的强度特性与强度设计(Ⅱ)——胶结充填体强度设计的几个理论模型

在胶结充填体强度设计中可以广泛使用的太沙基(Terzaghi)模型,托马斯(Thomas)模型,以及霍克一布郎(Hoek—Brown)模型进行了详细的讨论,并把它们与澳大利亚芒特、艾萨(Mount Isa)矿业公司的现场实测结果进行了比较。     

胶结碎石充填体的力学特性与强度设计

本文对由水泥、尾砂和粒径大至15mm的碎石形成的胶结碎石充填体的力学特性,胶结充填矿柱中的应力分布及其强度设计进行了研究。 1.胶结碎石充填体的应力应变关系 对胶结碎石充填体的力学属性进行了分析讨论,结果表明,胶结碎石充填体与岩土、混凝土和胶结尾砂充填体这些材料的力学性质有许多相似之处,是一种具有明显非线弹性,各向异性和非均质性的材料,可用岩土力学的研究方法来研究。     

粗骨料胶结充填材料性能研究

为减少尾砂排放带来的污染及运作成本,在确保充填体强度、安全开采的前提下,将尾砂掺入戈壁集料用于井下充填是一种行之有效的方法,为此进行了一系列相关的试验研究。通过配合比试验得到所需的技术参数,并从粗、细骨料分布特性详细地分析了不同配合比试块强度产生差异的内在原因,对其形成的承力架构及破损特征进行了描述,为从根本了解粗骨料混凝土充填材料力学性质的成因及对其进行控制调节提供依据。     

胶结碎石充填体强度影响因素的研究

为了提高胶结充填体的强度,降低水泥耗量,考察加入碎石对胶结充填体强度性质的影响,文中进行了34组包括不同水灰比、不同龄期、不同掺入碎石量和不同级配的胶结碎石充填体单轴压缩试验,根据试验结果,讨论了上述因素对强度的影响效应并借助于拟合分析导出了描述这些影响效应的关系式。     

金川镍矿混合充填集料胶结充填体强度试验研究

针对金川矿山棒磨砂充填集料存在的成本高和供不应求的矛盾,开展了棒磨砂、戈壁砂和尾砂3种充填集料不同配比的混合集料胶结充填体强度试验研究。通过9组混合充填集料的胶结充填体强度试验和数据分析,揭示了影响胶结充填体强度的因素与规律。研究结果表明:合理添加尾砂的棒磨砂和戈壁砂混合充填料,不仅可以提高充填体强度,而且还能够减小充填料浆的分层和离析,有利于提高充填体整体质量。通过建立神经网络模型,进行不同配比的混合集料胶结充填体强度预测和回归分析,获得了满足金川矿山充填法采矿安全高效生产的充填材料配比:灰砂比为1∶4、料浆浓度大于80.8%、混合集料平均粒径不大于1.692 mm和非均匀系数不小于38.4,由此对应的3 d充填体试块密度不小于2.24 g/cm3。该研究成果为混合集料在金川镍矿充填采矿奠定了基础。     

胶结充填体固结全程电阻率特性试验

通过开展不同灰砂质量配比、料浆质量分数和养护龄期条件下的胶结充填体固结全程电阻率和单轴抗压强度试验,对胶结充填体固结全程电阻率特性及其强度的关联性进行研究.基于胶结充填体的等效电路,综合考虑不同龄期的水化反应产物的类型及形态等微观结构影响因素,揭示了胶结充填体固结全程的电阻率变化机制,并推导了其电阻率模型;结合强度测试数据,构建了胶结充填体单轴抗压强度与其电阻率定量关系方程.结果表明:胶结充填体的电阻率具有与养护龄期相同的发展趋势,即电阻率先降至最低点,而后遵循先快后慢的增长规律;灰砂质量配比越小、质量分数越高,其电阻率越大;电阻率的变化规律与其内部微观结构密切相关,根据电阻率曲线发展特点,可将充填体固结全程分为5个阶段;充填体的单轴抗压强度和电阻率增长规律基本一致,且两者间存在明显的对数关系.     

提高江砂胶结充填体强度的试验

针对某硫铁矿应用长江砂胶结充填体存在的质量问题，采用向长江砂胶结充填料中加掺合料及减水剂的方法。结果表明，采用这种方法，提高了江砂胶结充填本的强度为该矿安全采矿，充分回收资源提供了科学依据。     

超贫胶结材料特性研究

在大量试验的基础上,对超贫胶结材料(胶结材料含量0~80 kg/m3)的物理、力学性能进行了系统研究,提出了超贫胶结材料配合比设计的基本参数,给出了最佳水灰比及合理的粉煤灰超代系数.研究了不同胶结材料含量情况下超贫胶结材料的应力-应变关系、抗剪强度指标和相应的残余强度,为超贫胶结材料坝的设计提供了依据.     

废石尾砂胶结充填试验研究

对废石尾砂胶结充填进行系统试验研究.研究废石尾砂胶结充填集料特性规律,废石尾砂胶结充填体强度与充填材料配比之间关系规律,废石尾砂胶结充填体强度影响性因素试验等,为废石尾砂胶结充填体评价提供一种新试验方法.结果表明:废石尾砂胶结充填体不存在影响胶结体强度的化学反应危害;废石尾砂胶结充填体强度由水泥含量和废石含量决定,水泥及废石含量增加均能有效提高废石尾砂胶结充填体强度;废石尾砂胶结充填能有效减少水泥用量,节约充填成本,同时试验结果也为试验矿山充填配比设计提供参考依据.     

颗粒特性对第三系弱胶结砾岩抗剪强度的影响

第三系弱胶结砾岩是一种介于土与岩石之间的特殊岩土材料,成岩程度低,自稳能力差,颗粒级配特征和胶结程度对岩石工程特性的影响显著.以蒙华铁路中条山隧道出口侧第三系弱胶结砾岩为对象,通过对天然原状试样和重塑试样的筛分试验、颗粒粒径分形特征分析以及大型直剪试验,对砾岩的分形特征和胶结程度与抗剪强度之间的关系进行了分析.结果表明:第三系弱胶结砾岩一般以粒径值1.0 mm为界具有二重分维特性,且细粒分维值普遍小于粗粒分维值,表明砾岩在组成上呈现出细粒质量分数相对较多的特征,而具有一重分维的砾岩具有最优级配和最高抗剪强度;根据胶结程度不同,第三系弱胶结砾岩可分为弱胶结与极弱胶结,极弱胶结砾岩粘聚力极小可以忽略,其强度特征与无黏性土类似;在相同胶结程度情况下,分维数与第三系弱胶结砾岩内摩擦角正切值存在负指数关系;胶结程度是影响第三系弱胶结砾岩抗剪强度的重要因素,颗粒级配相同情况下极弱胶结砾岩的抗剪强度和内摩擦角仅为弱胶结砾岩的33.46%～40.85%和58.64%.     

电解锰渣胶结膏体材料的充填性能

针对电解锰渣占用大量土地资源、易产生重金属污染等问题,使用电解锰渣基胶凝材料、原状电解锰渣、中粗砂等材料制备电解锰渣自胶结膏体充填材料用于矿山回填。测试充填材料水化浆体流动度、试件抗压强度和浸出毒性,以评价该材料的性能,并用X射线衍射、扫描电镜进行表征。结果表明：该充填材料浆体流动度达到200 mm,流动性能满足充填技术要求;充填材料固化体固化28 d后,抗压强度可达到1.5 MPa以上,达到矿采场充填体强度要求;充填材料浸出毒性明显降低,主要污染重金属Mn、Co被充分固化稳定,浸出毒性满足地下水标准。固化体XRD及SEM分析发现,该充填材料水化生成的水化硅酸钙、钙矾石等晶体是固化体强度稳定、重金属得以固化的主要原因。研究表明,该方法能有效固化/稳定化电解锰渣,降低环境污染风险。     

MICP胶结钙质砂的强度试验及强度离散性研究

对钙质砂进行微生物固化可以显著改善其强度等力学特性,但不可避免地会出现强度离散的现象。为控制微生物固化钙质砂强度离散性,以更好应用于工程实际,本文对3种粒径级配的钙质砂进行微生物固化,并基于无侧限抗压强度试验、比重测试、碳酸钙含量测定,探讨颗粒粒径、胶结水平对微生物固化钙质砂相关物理指标、强度以及强度离散性的影响;同时开展扫描电镜（SEM）测试,进一步分析微生物固化钙质砂表面细观结构,探讨强度增长的内在机理,分析影响强度离散的主要因素。结果表明：微生物固化钙质砂的强度及其离散性均随胶结水平的提高而提高;MICP胶结产生的碳酸钙晶体“包裹”钙质砂颗粒的现象不利于强度的高效形成;微生物固化钙质砂的强度离散性主要由钙质砂土骨架差异性以及碳酸钙分布均匀性决定。     

胶结充填体强度预测及水泥消耗量反演计算

为降低充填成本和使料浆制备系统可靠运转,基于特大型采空区充填工程对于二步骤矿柱开采的重要性,采用配比优化试验及统计分析所得的充填体长期强度预测模型,结合现场充填体地质钻探取样的检测强度,利用预测模型的变形公式,反算出采空区充填水泥实际用量,对设计与实际水泥用量的定量关系进行了分析,掌握了二者之间的偏差.结果表明:前期充填中水泥用量存在较大富余,52-8#和52-10#采场水泥用量分别偏大约60.28%,49.24%.随着充填站操作人员技术水平与熟练程度的提高,并通过对站内计量仪表和物料输送设备校验后,水泥用量的下调空间较大.     

等强度梁弯曲特性分析

等强度梁在工程上应用广泛,探讨其振动特性具有重要意义。由于等强度梁的变截面特性,无法求解振动频率和模态的精确解。采用假设模态法、有限元仿真和实验测试的方法,求解了等强度悬臂梁弯曲振动特性,并对3种方法和结果进行了对比,研究表明等强度梁振动模态与等截面悬臂梁模态形状一致。     

尾砂胶结充填应用粉煤灰的机理及试验研究

文章分析了矿山尾砂胶结充填的工艺特点和强度特性，进行了尾砂胶结充填掺用粉煤灰的强度试验和工业试验，证明粉煤灰能够显著提高尾砂胶结充填体力学性能。在此基础上，探讨了粉煤灰胶凝作用、充填作用、稳定作用、减水作用对尾砂胶结充填体力学性能影响的物化机理。理论和试验表明：尾砂胶结充填应用粉煤灰技术可行、经济合理，是矿山胶结充填节约水泥、降低成本的有效途径。     

低温下胶结充填体温度场和强度时变规律研究

为了认识矿山低温充填环境对胶结充填体的强度影响机理,采用基于成熟度理论的b4cast有限元软件,对大尺度充填体进行建模分析,获得低温充填环境下胶结充填体温度场和强度的时变规律。通过对胶结充填体进行X射线衍射(XRD)和扫描电镜分析(SEM),揭示了低温下胶结充填体的固化机理。结果表明:在5℃的初始充填温度下,从充填体中心至围岩处,充填体的温度和强度呈现逐渐增大的规律;大尺度充填体内部温度上升的十分缓慢,充填28 d时的中心温度仅达到12. 5℃;通过XRD和SEM分析发现,胶结充填体内的主要水化产物是钙矾石和C-S-H凝胶,低温下钙矾石的生成速率决定着胶结充填体早期强度的发展。     

表层沙强度特性的试验研究

本项研究利用土壤动态三轴仪对表层沙的强度特性进行了试验分析,测出其应力应变关系和强度参数φ、c,并分析了颗粒级配、含水量、密度和动态载荷对强度特性的影响,建立了浅层沙的Duncan-Chang应力应变模型,为车辆行走机构与沙相互作用的力学计算分析提供了重要的资料。