尾砂胶结充填体裂纹演化多尺度特征

为了研究尾砂胶结充填体在单轴压缩作用下的裂纹演化特征,利用电子万能试验机、声发射、扫描电镜和DIC技术开展单轴受载胶结充填体损伤试验,探究胶结充填体从微裂纹的萌生、扩展、贯通,直至宏观裂纹产生的多尺度演化过程。研究表明：(1)试样单轴压缩过程中破坏模式属于延性破坏,裂纹贯通形式为剪切贯通。(2)胶结充填体内部微裂隙、孔洞呈弥散、随机分布,内部形态多以块状、团状、片网状存在,内部结构较致密,整体性较好。(3)加载初期试样裂纹扩展为张拉裂纹,后期裂纹扩展为剪切裂纹,二者共同作用产生了宏观主裂纹与次裂纹,裂纹间的贯通最终导致试样破坏。(4)同一时刻不同监测点的应变变化与其所处的试样空间位置有关,越靠近试样下端面,应变越大,应变变化幅度也越大;试样存在临界破坏区域,使得弹性与塑性应变、应变增幅之间存在明显的差异性。     

碱化稻草纤维对尾砂充填体力学性能的影响

将经过浓度为4%的Na OH溶液碱化处理过的稻草纤维作为加筋材料用于尾砂充填体试件的制备,研究了灰砂比、碱化稻草纤维的长度和掺量对尾砂充填体试件抗压强度的影响,并借助扫描电镜（SEM）从微观角度分析了碱化稻草纤维的作用机理。结果表明：随着碱化稻草纤维掺量的增加,试件的抗压强度下降;随着碱化稻草纤维长度的增加,试件的抗压强度先增大后减小;未碱化稻草纤维对试件抗压强度的降低程度显著大于碱化稻草纤维;随着灰砂比的减小,试件的抗压强度降低。     

不同纤维作用下尾砂胶结充填体早期力学特性及损伤本构模型研究

为了提高某金矿尾砂胶结充填体材料的稳定性,保障矿山采空区充填效果,对加入不同纤维(聚丙烯腈纤维(JBX)、玻璃纤维(BL)、聚丙烯腈和玻璃混合纤维(HJB))的尾砂胶结充填体的早期力学性能和损伤特征进行研究,通过单轴压缩试验得到了不同纤维作用下充填体损伤本构模型.试验结果表明:在不同纤维作用下尾砂胶结充填体单轴抗压强度...     

不同含量玻璃纤维尾砂充填体损伤规律与围岩匹配关系

为提高三门峡罗山金矿采空区充填后的稳定性,对玻璃纤维质量含量分别为0%,0.5%和0.7%的尾砂胶结充填体损伤规律进行研究。通过单轴压缩试验得到不同含量玻璃纤维尾砂胶结充填体应力–应变曲线,并根据建立的损伤本构方程,分析充填体的能量耗散规律,得出其与围岩的匹配关系。研究结果表明：(1)在一定范围内,玻璃纤维的掺入提高了充填体的强度,降低了初始弹性模量。(2)掺入玻璃纤维能够降低充填体达到峰值应力时的损伤值,但随着其含量的增加,充填体损伤值达到极值的过程越缓慢。(3)得到了不同含量玻璃纤维充填体的峰值比能计算模型,进而得出充填体的峰值比能随着玻璃纤维含量的增加而增大。(4)以该矿山充填开采为背景,得到采空区埋深与充填体强度的匹配设计模型,可为矿山节约充填成本提供科学依据。     

矸石胶结充填体单轴压缩损伤破坏尺寸效应研究

为了研究尺寸对矸石胶结充填体损伤破坏的影响,制备尺寸为70.7,100,150,200和300 mm的立方体试件进行单轴压缩试验,监测试件在受载过程中的声发射及电阻率变化,并采用扫描电镜观测充填体的微观形貌,探讨不同尺寸矸石胶结充填体的损伤演化规律及破坏特征.结果 表明:矸石胶结充填体的单轴抗压强度随尺寸的增大而减小,...     

胶结充填体早期损伤对后期力学性能影响机制研究

为探究胶结充填体早期损伤对后期力学性能影响机制,将龄期3,7,14,21 d的充填体施加4种不同程度的静载损伤,养护28 d后开展单轴压缩试验、超声波测试、电镜微观结构扫描,从宏–细–微三个尺度探讨充填体早期损伤对后期力学性能影响机制。结果表明：损伤对龄期3和7 d充填体后期抗压强度影响较小,在一定压损条件下充填体后期抗压强度上升,对龄期14和21 d充填体后期抗压强度均产生弱化作用,对各个龄期充填体后期弹性变形能力起到强化作用;基于波速变化建立损伤程度与充填体力学特性之间的定量关系,发现损伤龄期3和7 d充填体存在损伤阈值和修复阈值;随着损伤程度的增大,充填体内部结构由数量较多的细小裂隙逐渐扩大为单一裂隙,裂隙断面处的连接物质主要为水化产物C-S-H网状凝胶;龄期3和7 d充填体内部存在大量未完全水化的水泥颗粒,养护后期产生的凝胶产物足以填充大部分损伤裂隙,故损伤对其后期抗压强度影响较小,而龄期14和21 d充填体未完全水化的水泥颗粒减少,后期产生的凝胶产物不足以填充损伤裂隙,内部结构颗粒之间联系较差,故损伤对其后期抗压强度弱化作用显著。研究结果可为矿山充填体工作提供指导意义。     

多源煤基固废充填体强度演化规律及声发射特征

为探究多源煤基固废充填体力学特性,制备29组尺寸为70.7mm的立方体试件,采用单轴压缩实验系统得到不同龄期充填体试件抗压强度,利用XRD,SEM微观观测技术分析原材料的微观形貌及物质成分组成,并采集不同龄期试件断面微观形态结构,揭示充填体强度演化规律;基于响应面法研究各组分对不同龄期(3,14,28 d)充填体强度的影响,应用声发射测试系统监测试件破坏过程中声发射特征。研究结果表明：各因素对试件强度影响的显著性大小为：粉煤灰>矸石>脱硫石膏>气化渣与炉底渣的1∶1混合物;响应面法得到粉煤灰及矸石对充填体试件的抗压强度影响较大;新生成的棒状结晶物及蜂窝棉絮状胶凝物质随龄期的增长逐渐增多,从而使充填体强度增高;试件3 d强度最小,3～14 d强度增加幅度最大,14～28 d强度增加幅度次之;塑性变形阶段,有少量能量释放,试件表面出现细微裂纹,并逐渐演变成贯通裂隙;屈服破坏阶段,声发射振铃计数陡然增大,试件内部集聚的能量突然释放,试件表面出现明显贯通式裂隙,并逐渐裂开、崩落;峰后阶段,试件依然具有一定的强度,声发射事件依然存在,并伴随能量释放,研究成果可为工程现场充填材料...     

岩石试件单轴破坏过程的声发射特征研究

针对隧道围岩稳定性预测问题,通过室内岩石力学试验,分析了三泉隧道内部石灰岩试件单轴破坏过程的声发射及微裂隙演化特征,得出了一些结论,有利于隧道围岩稳定性的控制。     

早期受载对矸石胶结充填体力学特性及损伤破坏的影响

为研究早期受载对矸石胶结充填体后期力学特性的影响,将养护7 d的试样进行4种应力水平加载,并持载28 d后,卸载进行单轴压缩试验,监测持载过程中充填体中超声波波速变化及单轴压缩过程中声发射响应特征,采用扫描电镜观测试样微观形貌。结果表明:早期受载对充填体力学特性影响显著,当早期承受应力水平小于80%时,荷载对矸石胶结充填体抗压强度和弹性模量均具有明显的强化效应,随着早期应力水平的增大,横向应变及泊松比整体呈指数型增长趋势,试样破坏形式由剪切破坏逐渐转变为劈裂破坏。持载过程中超声波波速呈明显的阶段性特征,早期承受高应力水平的充填体在单轴压缩过程中声发射活跃程度下降。早期荷载作用促进水泥水化反应,有助于充填体强度的提高。根据试验结果建立早期受载矸石胶结充填体在单轴压缩过程中的损伤演化模型,可以为充填体在结构充填中的设计提供依据。     

不同养护温度下充填体-围岩胶结面剪切破坏特征

针对深井矿山高地温影响充填体 围岩胶结面剪切破坏特征的问题,开展了养护温度20℃、40℃、60℃和80℃,法向应力为0、0.3MPa、0.6MPa的充填体 围岩胶结面剪切试验,并利用三维激光扫描系统对剪切断面进行扫描,获取断面的破坏特征和参数。研究结果表明：养护温度和法向应力均对充填体 围岩胶结面剪切强度和破坏特征有明显影响。养护温度增大,法向应力不变时,胶结面的抗剪强度先增大再减小,40℃时剪切强度最高;养护温度不变,法向应力增大时,胶结面抗剪强度呈线性增大;断面三维形貌特征参数Sp、Sv、Sz、Sa和Sq的大小与法向应力的变化呈反比,养护温度变化时其变化趋势与强度变化规律相反,40℃时达到最小值,而Ssk的大小与养护温度、法向应力大小无明显关联,Sku的大小随法向应力的增大而增大,养护温度变化时其变化趋势为与抗剪强度变化规律相同。研究结果可为深部矿山井下充填体强度设计和顶板稳定性分析提供理论依据。     

不同初始缺陷条件下尾矿胶结充填体损伤突变预警分析

尾矿胶结充填体的干缩、硬化过程易使内部形成初始缺陷,为研究含不同初始缺陷的尾矿胶结充填体物理、力学和破坏特征,在尾矿胶结充填体中加入不同含量引气剂(AEA)进行模拟充填体的初始缺陷,通过扫描电镜、XRD图谱、单轴压缩和声发射试验进行分析。运用尖点突变模型,根据应力–应变曲线求出不同初始缺陷充填体的突变预警区间,与声发射失稳破坏的前兆信息进行对比验证。结果表明：加入AEA会使充填体内部气泡、孔洞、孔隙增加,导致初始缺陷增加,声发射信号数量大大减少;随着AEA加入,充填体压密阶段与全过程时间占比增加,弹性阶段与全过程时间占比减少,破坏过程中大尺度裂纹数量减少,增加了内部裂纹的无序性,从延–脆性破坏变为延性破坏模式;不同含量AEA充填体突变预警区间与声发射破坏前兆信息相对应,通过突变预警区间可以有效预测不同初始缺陷尾矿胶结充填体的稳定性,为矿山安全预警提供参考。     

巷道底板泥化物纤维增强固化体特性试验研究

矿山掘进巷道底板多为泥岩,在卸载、风化、水及外载荷影响下易发生严重泥化.通过扫描电镜和X射线衍射,分析底板泥岩的矿物组成,并对其泥化机制进行研究.针对研制的泥化物固化剂,分析固化剂的作用机制,并对聚丙烯纤维增强固化体的特性展开试验研究.研究结果表明,聚丙烯纤维可改善固化体的力学特性,大大提高固化体的抗拉强度和抗水性.在试验基础上,进一步分析纤维的增强作用机制,特别是纤维的空间网架约束机制.最后指出泥化物固化处理时应注意的几个关键问题.     

单向碳纤维增强环氧基复合物中纤维破坏的荷载传递微观机制：第三部分复合性能的多尺度再现

第三部分介绍了多尺度再现方法。该方法考虑了与复合物退化相关的非常重要的微观现象,包括纤维的断裂、界面剥离、纤维之间的超负荷以及模具的黏弹性性能。分析结果用以精确预测单向碳纤维增强环氧基复合物中纤维的宏观破坏以及量化相同材料压力容器中的损伤累积。该方法还介绍了由于纤维的破坏形成的声发散行为,以及如何预测压力容器的残余寿命。     

单向碳纤维增强环氧基复合物中纤维破坏的荷载传递微观机制:第三部分复合性能的多尺度再现

第三部分介绍了多尺度再现方法。该方法考虑了与复合物退化相关的非常重要的微观现象,包括纤维的断裂、界面剥离、纤维之间的超负荷以及模具的黏弹性性能。分析结果用以精确预测单向碳纤维增强环氧基复合物中纤维的宏观破坏以及量化相同材料压力容器中的损伤累积。该方法还介绍了由于纤维的破坏形成的声发散行为,以及如何预测压力容器的残余寿命。