极松软煤层抗剪强度的水敏性试验研究

为分析极松软煤层注水防止片帮的效果,研究了极松软煤层注水后抗剪强度的变化。基于非饱和土理论及直剪试验,采用极松软煤体重塑煤样,进行了一系列不同含水率及法向应力下不固结不排水直剪试验的研究,提出了以含水率为中心,以黏聚力和内摩擦角为主要指标的抗剪强度分析方法,采用试验和理论方法综合分析研究了含水率对极松软煤的抗剪强度的影响。研究结果表明:在低法向应力状态下,试样剪应力易发生软化现象,而在高法向应力状态下,试样易发生硬化现象;重塑煤样的黏聚力随含水率的增加先增大,达到最适含水率后(约17.64%),黏聚力随含水率的增加反而减小;含水率对重塑煤样的内摩擦角影响不明显,证实松软煤层注水防止片帮的工程控制技术是有效的。     

含水率对排土场黏土抗剪强度参数的影响

为得到排土场非饱和黏土强度计算公式,在常规三轴仪上对不同含水率的原状土和重塑土进行不固结不排水(UU)试验,分析强度参数黏聚力和内摩擦角与含水率之间的关系。结合试验结果,得到了非饱和黏土的抗剪强度计算公式。实际工程应用中,测得土样的含水率,可以计算得出非饱和土的抗剪强度。     

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。     

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。     

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。     

寒区尾矿力学特性的环境响应试验

通过室内冻融循环后的直剪试验, 研究了不同次数冻融循环对寒区干堆尾矿物理力学特性的影响。在相同冻融循环条件下, 分别设置了开放和密封的试验环境以研究试样在不同冻融循环次数后的表面龟裂、含水率、抗剪强度、粘聚力和内摩擦角的环境响应。运用数学拟合函数获取了干堆尾矿力学特性对环境的响应关系。试验结果表明: 开放组试样表面在经历6次冻融循环后开始出现龟裂, 而密封组试样表面无明显变化; 开放组和密封组试样的含水率分别在12次和9次冻融循环后趋于稳定; 随着冻融循环次数的增加, 开放组试样的抗剪强度、粘聚力和内摩擦角均增大, 而密封组试样的抗剪强度、粘聚力和内摩擦角均减小。     

不同含水率砂岩单轴压缩力学特性及波速法损伤

为了研究温度—含水率耦合作用下重塑性煤体抗剪强度的变化规律,保障松软煤层安全高效稳定开采,采用直剪试验分析了重塑性煤体在较低温度(20、0、-10、-20、-30、-40 ℃)、一定含水率(0、0.8%、4%、8%、12%、16%)耦合作用下的抗剪强度特性,并通过数学统计分析了温度与含水率对抗剪强度的影响。研究结果表明：含水率为0时重塑性煤体的黏聚力随着温度的降低呈幂指数增加;温度—含水率耦合作用下重塑性煤体的抗剪强度均与垂向应力成正比,均符合莫尔-库仑准则;在温度为10~20 ℃、含水率为12%~16%时,黏聚力达到最大值322.9 kPa,最小值138.0 kPa出现在温度-40 ℃、含水率4%附近;在-20~-40 ℃温度下,重塑性煤体内摩擦角随含水率的增加逐渐降低至最小值18.25°;当含水率为6%~13%、温度为-20~10 ℃时,内摩擦角达到最大值31.45°,对应抗剪强度达到最大值。温度—含水率耦合作用下,重塑性煤体抗剪强度、内摩擦角与黏聚力均受温度的影响较大。

     

干燥-饱和循环作用下砂质泥岩抗剪性能劣化试验研究

西部生态脆弱矿区煤炭开采过程中的地下水资源保护与利用是实现该区域煤炭绿色开采的前提和必要条件。其中,保水开采与地下水库技术的广泛应用为解决煤水共采问题提供可能。本文以煤矿地下水库煤岩边界在水反复浸入条件下稳定性变化为研究背景,以神东矿区乌兰木伦矿3-1号煤层顶板砂质泥岩为研究对象,通过无损浸水试验获得试样的自然吸水性规律,获得试样含水率到达饱和状态的浸水时间。根据浸水时间,对试样进行干燥-饱和反复浸水,得到不同循环浸水试样含水率随浸水次数呈指数增加关系,而试样抗剪强度和浸水次数呈指数降低关系。黏聚力随浸水次数的增加呈下降趋势,而内摩擦角先增加后减小,表明材料的均一性以及破裂面的形态及裂隙发育的形态、尺寸、方向变化造成了内摩擦角增加,而后期循环浸水占主导因素,表现为内摩擦角减小。根据黏聚力、内摩擦角与干燥-饱和循环次数的关系,建立了基于干燥-饱和循环次数的Mohr-Coulomb准则。声发射计数曲线与剪应力曲线有较强的对应性,在试样破坏时刻声发射事件明显增加,对应声发射累计计数曲线的明显上升阶段。试样在破坏过程中以低RA值为主,破坏时刻对应高RA值,即试样破坏过程中的基础裂隙类型是张拉裂隙,破坏时刻对应明显的剪切裂隙。研究结果表明,地下水库边界煤岩柱在地下水库蓄水-抽水过程中,在浸水-失水作用下其强度发生显著变化,建议在构建地下水库时应考虑水作用引起的边界煤岩柱强度弱化作用。     

曼家寨东帮采场石英云母片岩原位直剪试验研究

石英云母片岩在曼家寨东帮采场普遍发育,研究其抗剪强度对于该边坡的稳定性评价具有重要的意义。采用堆载法,选取不同高程下的四个试点进行原位直剪试验,获得石英云母片岩的剪应力与剪切位移关系曲线,采用最小二乘法对不同高程下片岩的抗剪强度指标进行计算,得到对应的黏聚力c与内摩擦角φ。试验结果表明,曼家寨东帮采场石英云母片岩剪切强度随着法向应力的增大而增大,τ与σ呈明显的线性变化趋势,相关系数为0.968~0.998。高程H对石英云母片岩抗剪强度参数有着重要的影响,随着高程的增加,黏聚力c有逐渐降低的趋势,而内摩擦角φ变化无明显特征,即高程H对黏聚力c的影响程度大于其对内摩擦角φ的影响程度。     

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。