基于响应面法的页岩相似材料配比试验研究

为高效选取页岩相似材料配比,使用水泥和石膏为胶结材料,河砂和重晶石粉为骨料配制页岩相似材料,采用响应面法进行试验设计及数据分析,以砂胶比(骨料质量/胶结材料质量)、水泥含量(水泥质量/胶结材料质量)、重晶石含量(重晶石粉质量/骨料质量)3个因素作为控制因素,以密度、单轴抗压强度和弹性模量作为目标响应,分别建立了相似材料密度、单轴抗压强度、弹性模量与各配比因素间的多元非线性回归模型。对因素进行了方差分析和响应面分析,研究表明,砂胶比、水泥含量、重晶石含量对相似材料密度、单轴抗压强度、弹性模量均有显著影响,且砂胶比和水泥含量对密度、单轴抗压强度、弹性模量有显著的交互影响,砂胶比和重晶石含量对密度有显著的交互影响,水泥含量和重晶石含量对单轴抗压强度、弹性模量有显著的交互影响。确定了用于页岩相似材料配比的经验方程,并进行了试验验证。研究证明,响应面法在相似材料配比试验应用中具有较好的适用性和有效性。     

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.     

石膏-砂相似材料配比试验

结合多次开采扰动下边坡稳定性的相似模拟研究方法,采用石膏-砂相似材料进行配比试验。根据实际情况,顾及了相似材料的砂膏比和水膏比等2个因素进行配比试验,研究了不同配比对相似材料抗压强度的影响规律。结果表明:当水膏比不变时,相似材料的抗压强度随砂膏比的增大而增大;当砂膏比不变时,抗压强度随水膏比的增大呈现出先增大后减小的规律,当水膏比约1.2时,抗压强度达到了最大值。     

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。     

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。     

物理模拟相似材料配比的正交试验研究

本文以砂子、碳酸钙及石膏为相似材料,应用正交设计方法,选取砂胶比、碳酸钙与石膏含量比及试件含水量为三个因素,每个因素设置三个水平,每种岩层设计9组配比方案,并对试件进行单轴压缩试验,获取每种方案下试件的抗压强度,通过比较获得了模型中煤层、粉砂岩和砂岩的相似材料配比号。通过对试验结果进行极差分析,研究了各个因素对试件强度的影响规律,并比较了各个因素的影响程度。     

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。     

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。     

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。     

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。     

某多金属矿新型充填胶凝材料性能及微观结构研究

采用矿渣新型胶凝材料为胶结剂,细尾砂为骨料,开展充填料浆流动度、泌水率和充填配比试验,研究浓度、灰砂比对料浆流动性、泌水率、充填体抗压强度的影响,以及不同养护龄期下充填体抗压强度的发展规律。结果表明：充填浓度对料浆流动度、泌水率的影响较大,随着浓度的提高,料浆流动度和泌水率显著降低;灰砂比的影响相对较小,随着灰砂比的降低,料浆流动度、泌水率略有提高;充填体抗压强度随浓度的增加而提高,随灰砂比的减小而降低,新型胶凝材料充填体在养护早期3 d强度发展较为缓慢,7 d后强度开始明显提高,28 d后强度仍能持续增长,且养护60 d强度相比28 d提高约20%;矿渣微粉在水泥、石膏等激发作用下生成纤维状C-S-H、针棒状钙矾石等水化产物是充填体产生强度的主要原因。     

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。     

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。     

特大型采场充填体单轴压缩条件下的力学性能

对安庆铜矿特大型采场不同配比的充填体进行无侧限单轴抗压强度试验，分析单轴抗压强度、平均杨氏模量、泊松比力学性质的变化及其规律，为特大型矿柱的开采提供前期的数据准备。结果表明，随水泥含量增多，充填体强度基本呈线性增大；平均抗压强度提高百分率随灰砂比的提高而变小；充填体的平均峰荷应变随水泥含量增加而逐渐增大；在从低配比（1：10）向高配比（1：8）转变的过程中，平均杨氏模量有一个较大的波动；充填体的泊松比随灰砂配比的变化不大。     

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%。     

大体积岩石模型相似材料试验研究

依据国内外岩土工程中大体积岩石模型相似材料的研究现状及材料的优缺点,选取水泥、石膏、河砂以及水进行岩石大模型相似材料研究。通过改变砂胶比、水固比、石膏占胶体比因素,获取水泥砂浆试件的表观密度、单轴抗压强度、试件压力曲线及变化规律。结果表明,水泥砂浆是一种比较理想的大体积岩石模型相似材料,值得深入探究。     

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。     

黑岱沟露天煤矿高台阶抛掷爆破混凝土模型的相似材料配比试验研究

小尺寸模型试验在爆破机理研究中具有重要作用,相似材料的选取是模型试验的前提。以准格尔黑岱沟露天煤矿高台阶抛掷爆破为原型,利用量纲分析法确定了模型与原型之间的相似关系,采用河砂、碎石（<7 mm）、石膏、水泥、水等相似材料成分按照5种配比制作了标准试件,对标准试件进行单轴抗压强度试验和纵波波速测试试验,得到了各配比相似材料的密度、抗压强度、弹性模量、波阻抗等物理力学参数;同时制作了5种配比下的圆柱体素混凝土模型,通过单孔爆破漏斗试验算出各配比相似材料的单耗,最终选取了合适的模型材料配比,该配比可用于下一步的高台阶抛掷爆破模型试验。     

全尾砂胶结充填料浆最优配比试验研究

为了确定充填料浆的最优配比,结合某萤石矿充填实际,以全尾砂和普通硅酸盐水泥为充填材料,采用3因素3水平正交试验研究灰砂比、料浆质量浓度和养护时间对充填料浆性能的影响规律,并运用极差分析法选出最优配比。结果表明:随灰砂比增大,坍落度呈现出先减小后增大的变化趋势,随料浆浓度增大,坍落度呈现反向变化;影响全尾砂充填体强度的最主要因素为灰砂比。根据试验结果,推荐充填料浆配比最优方案为灰砂比1∶4,料浆浓度75%,养护龄期28d。