纳米SiO2对水泥剪切强度及浆液流变性质 影响的试验研究

为了研究纳米SiO_2对水泥剪切强度及流变性质的影响,针对水灰比1.0和3 d养护时间下的不同水泥试样开展了一系列不同法向应力条件下的直剪试验,研究了纳米SiO_2颗粒对试样的剪切行为及剪切强度参数(剪切强度、黏聚力、内摩擦角)影响规律,以及减水剂对浆液流变性质的影响规律。结果表明:水泥结石体试样随着剪切位移的增大,剪切应力逐渐增大,直至达到峰值应力,之后表现为应变软化阶段;添加纳米SiO_2后,结石体试件的黏聚力和内摩擦角分别提高了8.2%和4.1%。添加纳米SiO_2的浆液黏度明显增加;通过添加1.5%含量的减水剂,可以显著提高含纳米SiO_2浆液的流动性,从而获得具有高流动性和渗透能力的浆液。     

粗粒含量对排土场堆石体剪切变形和强度的影响研究

为探讨粗粒含量对堆石体剪切特性的影响, 采用室内中型直剪仪, 对不同组构试样开展了剪切试验。研究表明, 粗粒料剪切过程中没有明显的峰值强度, 且应力应变关系表征为应变硬化型。相同正应力条件下, 试样剪切应变达到1/100时的剪切模量随粗粒含量增加而增大, 试样在破坏时的剪切模量随着粗粒含量增加呈先增大后减小的趋势, 且粗粒含量为70%时试样剪切破坏模量达到最大值。粗粒料内摩擦角与粗粒含量之间存在指数关系, 相关系数为0.912 6, 摩擦角随粗粒含量增加而增大; 粘聚力与粗粒含量间的规律性尚不明显。     

饱和度对离子型稀土矿抗剪强度的影响(增刊)

为获得离子型稀土矿体在非饱和-饱和状态下的强度特性,以江西龙南地区某离子型稀土矿为研究对象,利用GDS非饱和三轴仪对不同饱和度的重塑矿体开展常规三轴试验,研究发现：饱和度对矿体的应力-应变关系有显著影响,随着饱和度的增加,矿体的应力-应变关系由应变软化型逐渐转变为应变硬化型,破坏模式由脆性破坏转变为塑性破坏,抗剪强度呈非线性降低;饱和度的变化对矿体的内摩擦角影响不明显,对总黏聚力的影响很大,可认为饱和度变化对矿体强度的影响,主要是通过改变总黏聚力的大小来起作用的;通过线性回归分析,矿体总黏聚力与含水量呈半对数线性关系,总黏聚力与饱和度呈乘幂函数关系,并针对该离子型稀土矿提出与饱和度有关的总应力抗剪强度公式。     

某排土场散体物料力学性质的试验

排土场散体物料力学参数除受本身性质决定外,主要还受排土工艺和排土速度等参数影响。针对某排土场散体物料的砾石含量和尺寸影响因素,采用粗粒土大型三轴试验,配置多组不固结不排水试样,分析散体物料力学的性质。结果表明,散体物料的应力-应变曲线在几何形式上表现为近似双曲线型,在物理形式上表现为硬化型曲线;当应变量为15%对应的强度峰值时,散体物料的摩擦角随砾石含量和尺寸增大而增大,黏聚力随砾石含量和尺寸减小而增大,主要因为摩擦角受砾石"二次啃断"而表现为增加,黏聚力受土相对含量增加,胶结作用表现明显而增加。通过对散体物料在台阶上的自然滚落堆积规律进行试验研究,将较高的排土场台阶分为2层或3层,取不同的岩土强度参数进行稳定性计算是符合实际情况的。     

含瓦斯水合物煤体强度特性三轴试验研究

含瓦斯水合物煤体力学性质准确测定是利用水合物技术预防煤与瓦斯突出的重要基础。利用水合固化反应与三轴压缩一体化原位试验装置开展了饱和度变化对含水合物煤体强度特性影响试验。结果表明：随着围压增加(1,2,3 MPa),含瓦斯水合物煤体应力-应变曲线从软化型向硬化型转化,破坏强度显著增加;随着饱和度增加,煤样破坏强度线性增加,饱和度对黏聚力和内摩擦角无明显影响;与含瓦斯煤体的强度特性比较发现,水合物生成提高了煤体破坏强度、变形模量和内摩擦角,而黏聚力没有明显变化。     

饱和度对离子型稀土矿抗剪强度的影响

为获得离子型稀土矿体在非饱和-饱和状态下的强度特性,以江西龙南地区某离子型稀土矿为研究对象,利用GDS非饱和三轴仪对不同饱和度的重塑矿体开展常规三轴试验,研究发现:饱和度对矿体的应力-应变关系有显著影响,随着饱和度的增加,矿体的应力-应变关系由应变软化型逐渐转变为应变硬化型,破坏模式由脆性破坏转变为塑性破坏,抗剪强度呈非线性降低;饱和度的变化对矿体的内摩擦角影响不明显,对总黏聚力的影响很大,可认为饱和度变化对矿体强度的影响,主要是通过改变总黏聚力的大小来起作用的;通过线性回归分析,矿体总黏聚力与含水量呈半对数线性关系,总黏聚力与饱和度呈乘幂函数关系,并针对该离子型稀土矿提出与饱和度有关的总应力抗剪强度公式。     

季冻区矿山排土场粗粒土冻融界面剪切性能研究

随着我国西部矿产资源的大力开发,季节冻融作用对于高寒高海拔地区矿山排土场的稳定性影响问题日益突出。以西藏某高海拔多金属矿山排土场为研究对象,利用可控温大型直剪仪开展了排土场粗粒土在全融状态下和冻融交界面的剪切试验,并考察砾粒组含量对两种状态下粗粒土剪切强度的影响。结果表明:对于全融粗粒土,其剪切应力—剪切位移曲线呈现应变硬化特征,而冻融交界面剪切应力—剪切位移曲线呈现应变软化特征。同一砾粒组含量条件下,相对于融土,冻融交界面抗剪强度约是其2倍,主要原因体现在两方面:一是冻融界面处冰的胶结作用增加了土体的粘聚强度,试验条件下这一贡献量值约在50～60 kPa;二是冻融界面处水分的润滑作用有所减弱导致滑动摩擦增加,且粗颗粒表面的冰包裹作用增强了颗粒之间脱离咬合的咬合摩擦,因此其内摩擦强度同样大于融土。随砾粒组含量增加,融土、冻融界面黏聚力显著减小,而内摩擦角显著增加,但相较于融土,冻融界面处黏聚力减小幅度较小而内摩擦角增加幅度较大。     

高台阶排土场粒径分布特征与抗剪强度特性

以南加排土场高台阶排土工程为例, 运用颗粒分析试验测定土体粒径分布规律, 并设计不同粗粒含量的重塑土样进行室内直剪试验。结果表明, 排土台阶自上而下, 粒径大于5 mm的粗颗粒含量由43.2%增至95.7%, 其中粒径5~60 mm的颗粒含量先增后减, 且最大含量58.6%位于台阶中下部; 台阶底部多为超大粒径块石并呈现为颗粒架空结构。级配组成不同的重塑土样在受剪切变形时, 剪切面萌生与扩展伴随有块石的旋转、咬合与翻滚, 出现塑性流动破坏。土样应变硬化与剪缩特征显著, 竖向荷载愈大, 硬化现象与剪缩变形愈加明显, 粗粒含量增多, 土样剪缩变形量减小。从排土台阶坡顶至坡底, 土体黏聚力减小而内摩擦角增大。     

设坝垃圾填埋场沿底部衬里滑动的稳定性分析

考虑填埋场底部衬里极限破坏界面转移和垃圾坝的作用,将填埋场分为垃圾坝、被动楔体、两个中间楔体和主动楔体5个部分,分别对每个部分进行极限平衡分析,并建立了平衡方程,求解填埋场沿底部复合衬里界面滑动的安全系数。结合工程实例分析了垃圾坝、垃圾土及填埋场底部衬里界面剪切强度对填埋场稳定性的影响,分析结果表明,垃圾土粘聚力c_sw、内摩擦角φ_sw增加,填埋场安全系数F_s呈线性小幅增长,φ_sw对F_s的影响略大于c_sw。随着坝底界面粘聚力c_d和摩擦角δ_d增加,F_s逐渐增大,且与c_d近似呈线性关系,δ_d对F_s的影响大于c_d。增加垃圾坝坝高H₂、减小坝背倾角η,F_s增大。填埋场底部衬里界面粘聚力c_b和摩擦角δ_b增加,F_s增大,并与c_b近似呈线性关系。高法向应力界面的强度指标对Fs的影响程度远大于低法向应力界面的强度指标,δ_b对F_s的影响尤为显著。     

煤矸石粉改良膨胀土抗剪强度机理分析

为提高煤矸石利用率及解决公路工程选用膨胀土时需对其进行改良的问题,论文将煤矸石粉作为膨胀土的改良剂,通过室内直剪试验,对比分析掺4%、8%、12%煤矸石粉对膨胀土抗剪强度的影响,并通过煤矸石浸泡液pH值及X射线衍射分析了改良机理。结果表明:抗剪强度的增加主要是由于黏聚力的增加,改良机理为煤矸石稳定后的浸泡液pH值在3.8~5.8之间,溶液为酸性,导致膨胀土的含水率降低,黏聚力增大,且XRD衍射图谱中经过经浸泡过后的煤矸石的衍射强度减小,证明其发生了一系列化学反应,析出的物质可与膨胀土胶结或发生离子交换反应提高了黏聚力,从而增加了膨胀土的抗剪强度。     

高应力下花岗岩抗剪强度参数特征试验研究

为促进深部矿产资源的安全高效开采,基于取自程潮铁矿西区-395m水平的主要围岩花岗岩的试件,通过伺服试验系统开展高应力下的常规三轴压缩强度试验,研究花岗岩的破坏、强度和参数特征。研究结果表明:1)随着围压的增加,花岗岩的破坏形式由剪切破坏逐渐向剪切劈裂复合型破坏转变,破坏形态由单一破坏断面逐渐转变为多破坏断面,破坏断裂角逐渐减小。2)花岗岩的三轴强度和抗剪强度与围压的关系在低围压下基本均呈线性,在高围压下则均呈上凸的非线性。3)花岗岩抗剪强度参数具有明显的围压效应特征,具体表现为凝聚力和内摩擦角随着围压的增加分别呈逐渐增大和减小的趋势。结合Hoek-Brown准则对瞬态抗剪强度参数的确定进行了初探,结果表明参数推导值的变化趋势符合参数试验规律,但推导值与试验值存在一定的差异,说明Hoek-Brown准则在表征高应力下岩石三轴强度的非线性上仍存在局限,有待进一步研究。     

引江济淮膨胀土边坡强度特性和稳定性研究

膨胀土边坡常常发生失稳破坏,其强度和稳定特性一直是膨胀土研究领域的重要课题。以引江济淮试验段工程为研究背景,通过室内往复干湿循环试验,开展膨胀土强度特性研究,探索膨胀土边坡失稳原因,并利用Geo-Studio仿真软件进行算例验证。在上述研究的基础上,继续进行膨胀土边坡防裂隙加固法的有效性验证。研究结果表明,膨胀土的抗剪强度（内聚力、内摩擦角）随着干湿循环次数的增加而逐渐减小。内聚力c的衰减主要发生在第1～2次干湿循环过程中,随后c值逐渐趋于稳定。内摩擦角φ受干湿循环的影响没有明显规律性,其衰减幅度要小于内聚力c;随着干湿循环的进行,土体裂隙不断开展,而裂隙开展才是膨胀土强度降低继而引起边坡失稳的重要原因;通过对换土及土工膜覆盖2种加固工法的算例验证,表明防裂隙法能对膨胀土边坡的加固起到良好作用。     

离子型稀土矿体强度特性试验研究

为研究离子型稀土矿体的抗剪强度特性,基于GDS非饱和三轴试验系统,对江西龙南地区典型的离子型稀土重塑矿体开展饱和三轴剪切试验和控制吸力的非饱和三轴剪切试验。研究发现:离子型稀土饱和矿体的应力-应变关系呈弱软化型,稀土矿物颗粒的黏聚力对抗剪强度贡献较小,矿体的抗剪强度主要由矿物颗粒之间的摩阻力承担;非饱和矿体的抗剪强度对基质吸力的变化较为敏感,随着基质吸力增大,吸附强度呈非线性增加,应力-应变关系由硬化型逐渐转变为弱软化型,非饱和矿体的的抗剪强度有所提高,而基质吸力的内摩擦角φ~b呈非线性减小,表明基质吸力对非饱和矿体抗剪强度的贡献是有限的;利用乘幂函数对基质吸力与吸附强度的关系进行拟合,据此提出适合龙南类型离子型稀土非饱和矿体的抗剪强度公式和有效应力表达式。     

原状黄土节理抗剪强度试验研究

黄土节理的剪切强度特性对于含节理黄土工程的稳定性有重要影响,为此在大量野外调研的基础上,采集典型黄土节理土样,首先对不同节理表面形态进行分类以制备试样,然后采用室内直剪试验研究了含水量对黄土节理剪切强度参数的影响规律,并与室内大型直剪试验对比,研究尺寸效应对剪切强度的影响,最后依据试验结果研究了节理剪切应力-位移规律。研究表明:黄土节理的抗剪强度关系符合摩尔-库伦准则,且黏聚力可忽略不计;随含水量的增加,黄土节理峰值内摩擦角最初的变化幅度较小,当大于某个含水量值时,峰值内摩擦角减小幅度变大,其变化规律可用指数形式进行描述;试样尺寸主要影响节理面起伏度对剪切强度的贡献,尺寸越大,其剪切强度也越大;其剪切应力-位移曲线属非线性屈服剪切型曲线,并构建了本构模型,对初始剪切刚度研究发现其随含水量增加减小,随正应力增加呈线性增加。     

排土场散体物料抗剪强度的安全系数反演分析

在初步判断排土场边坡所处的稳定状态的基础上设定一个安全系数,利用安全系数反演计算排土场散体物料的抗剪强度参数。以常用的Bishop圆弧法和余推力折线法作为排土场边坡稳定性计算的基本方法,构建非线性方程组,迭代求解,同时反演出排土场散体物料的抗剪强度参数。针对西南地区某个大型露天矿排土场边坡进行了实际反演分析,得出：含第四系表土较多的细粒散体岩石,反分析黏聚力c比三轴试验小0.026 MPa,而摩擦角φ则大3.94°;以粗粒土为主的坚硬辉长岩,反分析黏聚力c比三轴试验大0.021 MPa,而摩擦角φ则小4.06°。虽然2种散体岩土反演分析与试验结果都有差异,但是通过安全系数反演分析的结果,更能从整体上把握排土场散体物料的力学强度参数。该方法不像室内试验和现场试验那样受排土散体物料不均匀和离散性的影响,同时获得的抗剪强度参数可以作为后期动态排土规划稳定性分析的依据。     

易溶盐对锰渣三轴剪切试验的影响

锰渣因其含有易溶盐而在物理力学特性方面表现出盐渍土的特征。本文以脱盐前后的锰渣为研究对象,利用GDS三轴试验系统对其进行三轴剪切试验研究。结果表明,锰渣的应力-应变曲线可分为初始阶段、应变硬化阶段和破坏阶段;易溶盐流失后,脱盐锰渣更易出现应变软化现象。锰渣的应力-应变发展规律能较好地满足Duncan-Chang（邓肯-张）模型,脱盐锰渣的初始模量和极限强度均小于原锰渣。两种锰渣的孔压发展曲线存在一定差异,脱盐锰渣试件中孔隙水压力衰减的现象更显著。锰渣的破坏应力和抗剪强度参数随干密度的增大而增大,干密度对锰渣的粘聚力影响较大,对内摩擦角影响较小;随着易溶盐的流失,锰渣的强度和刚度均有所降低。     

煤岩单轴与三轴压缩试验研究

在电液伺服岩石力学试验系统上进行了煤岩的单轴和三轴压缩试验。结果表明:在单轴压缩时,大部分试件表面出现剥落并发生X状共轭斜面剪切破坏或劈裂破坏;不同试样煤岩的强度离散性较大,对于强度较高的试件,其弹性模量也较大。三轴压缩时,煤岩的变形增加并沿某一斜面产生剪切破坏,变形表现出塑性材料的特征;煤样弹性模量相对单轴压缩时提高,离散性降低;三轴强度大于单轴强度,而且三轴强度和残余强度随围压的增加而增大。     

粒径对风化壳淋积型稀土矿强度特性影响的实验研究

为了研究粒径对风化壳淋积型稀土矿强度特性的影响及其机理,以制备的四种粒径稀土矿样为研究对象,开展不同正应力下直剪实验和XRD实验,分析粒径对稀土矿石剪切强度的影响规律,揭示粒径对黏聚力与内摩擦角的影响作用机理。结果表明：同一正应力条件下,矿样剪切强度随粒径增大而增大,且剪切应力峰值出现的时间随粒径增大而变短;剪切位移随粒径增大而减小;利用回归分析方法,构建粒径与黏聚力和内摩擦角的关系模型;-0.075mm矿样中粘土矿物比例最大,颗粒表面间形成较厚的结合水膜,剪切强度最小,而+0.45mm矿样中石英和长石等非粘土矿物比例最大,颗粒间摩擦作用大,剪切强度最大。研究成果为预防和控制风化壳淋积型稀土矿边坡失稳提供理论依据。     

高温热循环作用下大理岩三轴压缩力学特性

深部资源开采中,温度对围岩力学特性具有显著影响,准确掌握岩石在不同热损伤作用下的强度与变形性质对于评价深部岩体工程稳定性具有重要意义。基于常规三轴压缩试验研究了不同高温热循环次数作用下的岩石强度与破坏特性。结果表明:1)岩石低围压下表现为脆性,随围压增高,岩石延性增强,而随热循环次数增大,岩石延性逐渐减弱;2)不同热循环次数作用下岩石强度演化可以用Mohr-Coulomb准则进行表征,摩擦力随热循环次数增大基本保持不变,而黏聚力则线性降低;3)岩石在低围压下表现为单剪破坏,在高围压下发生共轭剪切破坏,随热循环次数增大,岩石在低围压下表现为轴向劈裂破坏,在高围压下表现为单剪破坏,岩样破坏时的完整性随热循环次数增大而降低。