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。     

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。     

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。     

基于不同残余含水率的相似材料力学特性研究

相似材料力学特性与原始岩石力学特性的相似度对相似模拟试验成功与否起到关键性作用。为提高试验精度,以葫芦素煤矿岩层特性为工程背景,采用实验室试验、理论分析及现场调研等方法,研究了以河砂和重晶石粉为骨料、水泥和石膏为胶结材料的相似材料不同残余含水率配比试验效果。结果表明:各因素对相似材料力学性质的综合影响大小依次为:残余含水率重晶石粉含量砂胶比水膏比;当残余含水率由0%增大到4%时,相似材料的单轴抗压强度和弹性模量分别降低了49.5%和53.3%,泊松比增加了54.8%;根据工程应用验证,线性回归方程的计算值与试验值相似度范围为86.3%～94.8%。该研究成果可为提高相似材料试验精度提供有效的参考。     

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。     

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。     

基于正交设计的“固-气”耦合相似材料力学与渗透特性试验研究

为研究“固-气”耦合相似材料力学与渗透特性,运用正交试验设计配制了以河砂为骨料、石蜡为胶结剂、液压油为调节剂等组合的相似材料;采用极差分析及多元回归分析等方法,研究了冲击次数、骨料粒径、油含量、胶砂比对相似材料抗压强度、弹性模量、泊松比及渗透率的影响。结果表明：各因素对抗压强度的影响由大到小依次为油含量、冲击次数、骨料粒径及胶砂比;对弹性模量的影响为油含量、冲击次数、胶砂比及骨料粒径;对渗透率的影响为冲击次数、胶砂比、油含量及骨料粒径;各因素对泊松比影响较小。相似材料的抗压强度、弹性模量与冲击次数、骨料粒径呈正相关关系,与油含量、胶砂比呈负相关关系;渗透率与冲击次数、骨料粒径、油含量呈负相关关系,与胶砂比呈正相关关系;泊松比与各因素无明显关系。得到各因素共同影响下相似材料特性参数的综合模型。     

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.     

松软砂岩型铀矿床相似材料配比试验研究

针对松软砂岩型铀矿床在常规开采过程中存在巷道稳定性差、难以成型的问题，开展巷道开挖支护相似材料配比试验。以细砂、重晶石粉、膨润土、425普通硅酸盐水泥为原料，采用正交试验方法，获得了不同配比条件下相似材料的单轴抗压强度、密度、单轴抗拉强度等物理力学参数。研究表明，与矿岩物理力学参数接近的相似材料配比为：灰砂质量比为1∶8,m(重晶石粉)∶m(砂)为20%,m(膨润土)∶m(砂)为8%,细砂粒径-2.00 mm;得到的相似材料的关键指标(密度、单轴抗压强度和单轴抗拉强度)与矿岩比较接近，误差均在7%之内。相似材料配比试验结果能够满足相似模拟试验要求，研制的松软砂岩相似材料可为开展巷道开挖与支护相似模拟试验提供参考。     

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。     

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。     

基于正交设计的类铀矿岩相似材料配合比试验研究

为了深入研究深部铀矿岩氡析出机理, 依据相似模型试验原理, 设计了水灰比、砂胶比、微硅粉含量和精铁粉含量的4因素3水平正交设计方案, 共设计了9组材料配比方案, 得到了27个试样的相关物理力学参数, 其中饱和密度均值为2.34 g/cm³, 单轴抗压强度均值为54.12 MPa, 弹性模量均值为2.00×10⁴ MPa, 泊松比均值为0.19, 镭含量均值为1.70 Bq/g; 并采用极差分析方法分析了各因素对相似材料物理力学参数影响的敏感性; 最后通过MATLAB对试验数据进行多元回归分析。研究结果表明, 各项物理力学参数基本满足花岗岩型铀矿岩相似材料模型试验的要求, 最终得到优化配合比为：水灰比0.3、砂胶比1.18、微硅粉占水泥质量0.14%、精铁粉占水泥质量0.24%, 并采用该优化配合比进行了试验验证。该分析结果可为研究深部铀矿岩氡析出机理提供理论依据。     

泥岩相似材料力学性能影响因素的试验研究

为了分析成型压力、压实速率、重复搅拌次数对泥岩相似材料力学性能的影响,选取相似模型试验中常用的石膏作为胶结材料,黄沙、石英砂及重晶石粉作为骨料制成相似材料试件,进行单轴压缩试验、巴西劈裂试验,得到试件的单轴抗压强度、抗拉强度及弹性模量。结果表明:成型压力由2.0MPa增加至4.0MPa,材料的单轴抗压强度、抗拉强度及弹性模量分别增加49.9%、54.4%、88.6%;压实速率由0.5mm/min增加至4.0mm/min,材料的单轴抗压强度、抗拉强度及弹性模量分别增加22.9%、89.6%、32.5%;重复搅拌次数由1次增加至9次,材料的单轴抗压强度、抗拉强度及弹性模量分别减小31.6%、22.2%、43.2%。这些研究成果对提高模型试验精度、指导模型试验的操作具有一定意义。     

基于正交试验的全尾砂胶结充填材料配比优化

以某矿山全尾砂为骨料、水泥和粉煤灰为胶凝材料制作胶结充填材料,采用正交试验探讨了料浆质量浓度、灰砂比和掺灰量对充填材料泌水率、7 d和28 d抗压强度的影响程度,并确定了最佳的全尾砂胶结充填材料配比方案。研究结果表明:料浆质量浓度是影响充填料浆泌水率的主要因素,料浆质量浓度为71%和74%时泌水率小于15%可满足工艺要求;灰砂比对充填材料7 d和28 d抗压强度的影响最大,掺灰量次之,料浆质量浓度最小;确定的最佳配比方案为料浆质量浓度74%、灰砂比1∶4、掺灰量10%。     

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。     

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。     

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。     

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。     

软弱围岩相似材料力学特性实验研究

为了研究软弱围岩力学特性,在相似三定律基础上选择以河砂、重晶石粉、橡胶粉为骨料,石膏、石蜡油为胶结剂配制相似材料,对相似材料进行单轴抗压、抗拉以及抗剪试验,测定了相似材料在不同配比下的抗压强度、弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角;分析了不同含量原材料以及养护时间对相似材料力学性质的影响。结果表明:当骨胶比为6∶1∶0.06,骨料比为5∶4.5∶0.5,养护时间为7 d时的相似材料,与原岩的力学性质具有较好的一致性,能更好地满足相似材料的选材要求,是一种比较理想的软岩相似材料。     

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。