胶结充填物成分对结构面力学性质的影响
岩石力学课后思考题答案
岩石:是由各种造岩矿物或岩屑在地质作用下按一定规律组合而形成的多种矿物颗粒的集合体,是组成地壳的基本物质。
岩体:是相对于岩块而言的,是指地面或地下工程中范围较大的、由岩块(结构体)和结构面组成的地质体。
岩石结构:是指岩石中矿物颗粒的大小、形状、表面特征、颗粒相互关系、胶结类型特征等。
岩石构造:是指岩石中不同矿物集合体之间及其与其他组成部分之间在空间排列方式及充填形式。
岩石的密度:是指单位体积岩石的质量,单位为。
块体密度:是指单位体积岩石(包括岩石孔隙体积)的质量。
颗粒密度:是岩石固相物质的质量与其体积的比值。
孔隙性:把岩石所具有的孔隙和裂隙特性,统称为岩石的孔隙性。
孔隙率:岩石试件中孔隙体积与岩石试件体积之比渗透系数:岩石渗透系数是表征岩石透水性的重要指标,渗透系数 K 在数值上等于水力梯度为 1 时的渗流速度,单位为 cm/s 或 m/d。
软化系数:软化系数K为岩石试件的饱和抗压强度σ(MPa)与干抗压强度σc (MPa)的比值。
岩石的膨胀性:是指岩石浸水后发生体积膨胀的性质。
岩石的吸水性:岩石在一定的实验条件下吸收水分的能力,称为岩石的吸水性,其吸水量的大小取决于岩石孔隙体积的大小及其敞开或封闭的程度等。
扩容:是指岩石在外力作用下,形变过程中发生的非弹性的体积增长。
弹性模量:是指在单向压缩条件下,弹性变形范围内,轴向应力与试件轴向应变之比,即E =σε。
变形模量:是指岩石在单轴压缩条件下,轴向应力与轴向总应变(为弹性应变ε e 和塑性应变ε p 之和)之比。
泊松比:在单向载荷作用下,横向应变( ε x = ε y )与轴向应变( ε z )之比。
脆性度:通常把抗压强度与抗拉强度的比值称为脆性度, n =尺寸效应:岩石试件的尺寸越大,则强度越低,反之越高,这一现象称为尺寸效应。
常规三轴试验:常规三轴试验的应力状态为σ 1 > σ 2 = σ 3 > 0 ,即岩石试件受轴压和围压作用,试验主要研究围压(σ 2 = σ 3 )对岩石变形、强度或破坏的影响。
重复剪切作用下充填物对结构面力学性质的影响
Journal of Engineering Geology工程地质学报1004-9665/2017/25 ( 6) -1482-09D O I:10.13544/ki.jeg.2017.06.011重复剪切作用下充填物对结构面力学性质的影响魏继红①王武超①杨圆圆②朱峰①范昊天①(①河海大学地球科学与工程学院南京211100)(②四川志德岩土工程有限责任公司成都610041)摘要目前,对于结构面的研究主要包括对剪切曲线形态的描述及结构面粗糙度、组数、充填物等因素对结构面强度参数 的影响,一般情况下,这类研究的基础是结构面经受静荷载的作用。
实际上,结构面也很容易遭受地震、水位升降、爆破等动 力荷载的反复剪切作用,但是,至今对反复剪切作用下结构面力学特性的研究较少或缺乏系统性。
笔者在室内直剪试验的基 础上,研究了重复剪切作用下充填物对结构面变形和强度的影响。
采用钢制模具和混凝土材料预制4种起伏角度结构面,在 1.56M P a法向应力和两种充填状态下进行多次直剪试验,分析每次剪切过程中的切向应力和法向位移随切向位移的变化。
通过对切向应力和法向位移随切向位移变化曲线分析可知,初次剪切时,起伏角度越大,结构面剪切破坏方式容易从滑移破 坏过渡为剪断破坏;第二次剪切开始,无论起伏角度如何,结构面的剪切破坏方式基本上都转变为滑移破坏;充填物的存在 基本不会改变结构面的剪切破坏方式,但会使剪切过程中结构面的爬坡效应增强,使结构面被剪断或磨损的作用减弱,峰值 法向位移增大。
关键词重复剪切充填物破坏方式抗剪强度残余强度中图分类号:T U45文献标识码:ASTUDY ON THE INFLUENCE OF FILLING ON MECHANICAL PROPERTIES OF STRUCTURAL SURFACE UNDER REPEATED SHEAR CONDITIONW E I J i h o n g®W A N G W u c h a o®Y A N G Y u a n y u a n®Z H U F e n g®F A N H a o t i a n®((^S c h o o l o f E arth S cien ce an d E n g in e er in g, H oh ai U n iversity,N a n jin g211100)(②S ich u an Z h id e G eotech n ica l E n g in eerin g C o m p a n y, C h en g d u610041)Abstract Structural plane plays a n important role in stability of rock mass. M a n y engineering accidents are caused b y structural planes. This p h e n o m e n o n has attracted e n o u g h attention. U p to n o w,the related researches on structural plane mainly include shearing curve description,impact of r o u g h n e s s,c o m b i n a t i o n,filling a n d other factors o n shear strength. In general, these researches are b ased o n that the structural plane bears static load. In fact,i t is very c o m m o n for structural planes to bear cyclic shear load u n d e r conditions of d y n a m i c load of earthquake, water level rise a n d fall, explosion a n d so on. H o w e v e r,there is less study o n m echanical property of structural plane w h e n i t is u n d e r cyclic shear load. T h e paper is b ased o n direct shear test. Influence of filled state o n deformation a n d strength of structural plane is studied. Structural planes of four aspertity inclination angles are*收稿日期:2017-04-18;收到修改稿日期:2017-05-27.基金项目:国家自然科学基金项目(41102162, 41672258)资助.第一作者简介:魏继红(1976-),女,博士,副教授,硕士生导师,主要从事岩土体稳定性方面的研究工作•E m a il:W jhfiS h@h h u.e d u.C n25(6) 魏继红等:重复剪切作用下充填物对结构面力学性质的影响1483made using steel mould and concrete.Then several times direct shear tests are conducted under same normal stresses and two filled states.At the same time,shear stress and normal displacement are recorded.The analysis on shear stress-shear displacement and normal displacement-shear displacement curve shows that the asperity inclination angle become larger f i r s t l y and structural plane i s easier to be cut.For the same shear failure style,i f the normal stress increases,the structural plane will be worn or cut more serious,and the ma x i m u m normal displacement i s lower.I f the asperity inclination angle increases,the zig-zag pattern will be worn or cut more.From the second shear time,the structural plane i s worn every time and not be affected by asperity inclination angle. After the filling,the structural plane i s damaged like before.However,this factor makes the structural plane climbing further,weakens the cutting or wearing degree,and adds the normal displacement meanwhile.Key words Repeated shear,Filling state,Failure m o d e,Shear strength,Residual strength〇引言目前对于结构面的研究主要集中于对自然特征 的描述及其力学性质的分析上。
低强度胶结充填材料抗压强度影响因素的研究
低强度胶结充填材料抗压强度影响因素的研究低强度胶结充填材料是指具有比较低的抗压强度,介于10~30MPa之间的一种充填材料。
胶结充填材料抗压强度是基础施工领域技术及工程建设的重要参数,其合理的抗压强度及施工的合理应用可改善基层的地基稳定性,增加其使用寿命。
然而,充填料抗压强度受到以下因素的制约,因此了解这些因素的影响是控制低强度胶结充填材料抗压强度的关键。
首先,材料的品种和结构对低强度胶结充填材料抗压强度有很大的影响。
材料粒度也很重要,粒径越大充填材料的抗压强度越低,粒径大小应足以容纳充填材料的网络结构中的充填材料,从而为施工节约材料,而粒径太小会导致充填材料难以固化,影响其抗压强度。
此外,混合材料比例也是影响低强度胶结充填材料抗压强度的关键因素。
其次,施工工艺也是影响低强度胶结充填材料抗压强度的重要因素,包括浇注、填缝、压实等。
正确的施工工艺和工具配置,可以有效地降低充填材料固化过程中产生渗水压力和内汤压力等诸多因素,进一步降低其受压强度,而施工质量较低的充填材料受压强度明显低于较高质量的充填材料。
此外,环境因素也是影响低强度胶结充填材料抗压强度的因素之一。
比如充填料的紧实度,在不同的温度和湿度环境下有所不同;渗水和内汤压力越高,充填材料的抗压强度也就越低,影响其使用寿命;季节也是影响抗压强度的因素,如夏季通常比较炎热干燥,充填材料往往受压强度会比冬季明显更高。
综上所述,材料的品种和结构、施工工艺和施工质量、环境因素等都是影响低强度胶结充填材料抗压强度的关键因素。
因此,要控制低强度胶结充填材料抗压强度,就必须从上述因素入手,正确把握使用材料的细节,正确的施工工艺等。
橡胶骨架黏合对疲劳和老化破坏的影响
橡胶骨架黏合对疲劳和老化破坏的影响一、颗粒填料的界面疲劳对硫化胶性能的影响填充颗粒的粘合牢度与颗粒的表面性能有关,也与填充密度有关。
填充密度与粘合牢度呈反比例关系,填充密度愈大,填充颗粒的动态粘合牢度愈低。
这种反比例关系主要跟填充颗粒粘合界面上的作用力大小有关,即与粘合界面的疲劳程度有关。
填充颗粒界面上的应力愈大,界面微裂纹产生并扩展的可能性也愈强,填充颗粒越容易开胶脱落。
填充密度直接影响单位体积内橡胶的含量,而橡胶含量的多少又直接影响了制品的力学特性。
从微观力学上看,我们假定每一个填料颗粒都是橡胶分子链的一个固着点,两个固着点之间由橡胶粘合连接。
当两个固着点作相背运动时,其间的橡胶受到拉伸;而作相向运动时橡胶受到挤压。
由于橡胶具有应力滞后效应,在每一次的应力传递过程中都会有能量损耗,即通过分子链间的摩擦作用把机械力转化为热能而耗散。
这种力学损耗在宏观上与橡胶沿作用力方向上的厚度有线性关系,作用力方向上的橡胶层厚度愈大,参与内摩擦的分子就愈多,应力损耗也就愈多。
由此可以理解,作用力从一个颗粒传递到另一颗粒上时,其强度将受到橡胶相的消耗,消耗的多少与传递路线上橡胶的厚度呈线性关系。
如图6填料分布密度与橡胶含量的对应关系所示:当应力从填料颗粒A向B传递时,因为A-B之间的间距小,橡胶厚度小,能量损耗也低,到达B颗粒上的应力降低不大,因而AB两个颗粒的界面上所受到的作用力也相差不大;当应力自B颗粒向C颗粒传递时,由于从B点到C点的距离较远,应力传递路线上橡胶的厚度很大,应力的消耗也相应增大,能够作用于C颗粒界面上的应力已经变得很小。
耐磨性填料的耐磨性来源于两种不同的填料,一类是石墨、二硫化钼等软质润滑性物质,一类是硬质矿物材料。
硬质磨料是通过硬质颗粒本身的耐磨性对硫化胶进行保护而实现的。
硬质颗粒的存在使硫化胶的磨损在一定程度上转化成了对硬质颗粒的剪切,而这种剪切磨损作用的大小,取决于硬质颗粒跟橡胶的结合牢度以及填料本身的耐切割强度。
聚合物-填料和填料-填料相互作用对填充硫化胶动态力学性能的影响( 续3)
聚合物2填料和填料2填料相互作用对填充硫化胶动态力学性能的影响(续3)王梦蛟(Cabot Corporation,Billerica Technical Center) 中图分类号:TQ330.38 文献标识码:A 文章编号:100628171(2001)0120038207(接上期)13 填料并用对动态性能的影响(白炭黑与炭黑并用,无偶联剂)W估计出,该热力学过程示图29 在填料并用体系中与重聚过程有关的能量变化与填料附聚过程中粘合能的推导类似[见公式(32)~(36)],人们直接可得到:W=2[(γd f1)1/2-(γd f2)1/2]2+2[(γp f1)1/2-(γp f2)1/2]2+2[W h f1+W h f2-2W h f1f2]+ 2[W ab f1+W ab f2-2W ab f1f2](43)式中,γd为填料表面能的色散分量,γp为源自分子间偶极2偶极和诱导偶极相互作用的极性分量,W h为氢键作用形成的粘合能,W ab为酸2碱相互作用形成的粘合能。
f1和f2代表填料1和2,f1f2为填料1和2的相互作用。
这个公式表示一种弹性体填充两种不同填料时,只有在两种填料在强度和性质两方面具有完全相同的表面能特性,即γd f1=γd f2,γp f1=γp f2,W h f1= W h f2=2W h f1f2和W ab f1=W ab f2=2W ab f1f2,进而ΔW =0的条件下,两种填料才会在聚合物母体中形成随机联合填料网络。
只有在两种填料由于氢键作用W h f1f2、酸2碱相互作用W ab f1f2和/或其它极性相互作用形成的粘合能足以补偿相同填料间粘合能而导致ΔW<0的条件下,这两种填料才会在聚合物母体中优先形成联合填料网络。
这些条件是难以满足的,对诸如炭黑和白炭黑等橡胶通用的填料尤其如此,故人们通过直观推理估计最有可能形成两种填料网络或两种不同填料附聚体的混合物,至少从热力学观点上看是如此,因为ΔW通常是正的。
充填采矿法胶结充填体力学作用分析
充填采矿法胶结充填体力学作用分析王吉力1,郑怀昌1,陈小平2(1 山东理工大学,山东淄博255049; 2 西北矿冶研究院,甘肃白银730900)摘 要:结合某矿山应用胶结充填采矿法的试验,测试胶结充填体的力学参数,采用数值模拟方法研究胶结充填体的受力情况和变形特征。
结果表明:尾砂胶结充填体,具有独特的支护特性和力学特征、良好的可塑性和较高的残余强度;尾砂胶结充填体受动态载荷作用的动态强度、动态弹性模量均高于受静态载荷的静态值;胶结充填体的支护作用是对围岩的限制和与围岩的共同承载。
关键词:采矿工程;胶结充填体;数值模拟;变形特征;受力分析中图分类号:TD853 343;TD323;T D325 3 文献标识码:A文章编号:1001-0211(2004)03-0109-04收稿日期:2003-10-19作者简介:王 吉力(1962-),男,湖南安化县人,教授,主要从事采矿工艺及环境工程研究。
随着采矿工业的发展,矿井开采深度不断增加,地压控制问题越来越突出[1],矿石资源的充分回收和矿山环保等问题也越来越引起重视。
充填采矿法可有效地解决上述问题,其优越性已被普遍认识和接受。
充填体力学研究开展比较广泛,如胶结充填体的力学特征,胶结充填体的力学作用、支撑机理和破坏机理,开采过程中对围岩变形的控制作用等。
结合某矿山高分段胶结充填采矿法研究、高水速凝尾砂胶结充填试验和现场实际观测结果,就充填体的力学特征、充填体的支护作用机理以及充填体对围岩变形的控制作用进行分析探讨。
1 胶结充填体力学参数尾砂胶结充填体是一种低强度、非刚性采场充填支护材料。
它的支护作用既不同于钢、木支架,也不同于锚杆支护,具有独特的支护特性和力学特征。
表1~3为采用铜矿选厂分级尾砂和425#普通硅酸盐水泥,以不同的砂浆浓度、灰砂比和龄期在试验室测试的普通水泥尾砂胶结充填体的力学参数[2],表4为高水速凝尾砂胶结充填体的试验数据[3]。
表1 普通水泥尾砂胶结充填体单轴极限抗压强度Table 1 U CS strength for tailings cemented by Portland cement浓度/%水灰比抗压强度/M Pa3d 7d 28d 90d 180d 6565651:41:61:80 650 240 231 690 650 472 810 970 724 191 570 805 052 740 96表2 普通水泥尾砂胶结充填体力学参数T able 2 M echanics parameters of tailings cemented by Portland cement浓度/%水灰比龄期/d C /M Pa Ec /M Pa/( )C /M Pa 静态动态静态动态静态动态静态动态静态动态651:4282 8144 62154 266 70 170 1530 0/0 813/651:8280 7171 04019 125 00 150 2021 9/0 243/注: ,C , 值为三轴剪切数据。
废石尾砂胶结充填体材料力学特性研究
基金项目:国家自然科学基金项目(批准号:51004014);固体废物处理与资源化省部共建教育部重点实验室开放基金(编号:09zxgk04)作者简介:郭利杰,男,1980年生,高级工程师,研究方向矿山充填新技术及矿山固废资源化利用.E-mail :ljguo264@ 废石尾砂胶结充填体材料力学特性研究郭利杰1,2,许文远2,谭钦文1,杨小聪2(1.固体废物处理与资源化省部共建教育部重点实验室(西南科技大学),四川绵阳621010;2.北京矿冶研究总院,北京100044)用废料进行复合集料充填是一种创造性的有效采矿充填法(Annor ,1999)。
复合集料因具有良好和独特的结构特性而被广泛应用在许多工程领域。
废石尾砂胶结充填是最流行的复合集料充填方法之一。
它能充分消纳矿山产出的废石和尾砂,不仅维护了矿山生态环境而且促进了矿山可持续发展。
本试验属于矿山的合作研究项目,主要研究复合充填集料的性质和废石尾砂胶结充填体的力学特性。
研究了废石尾砂胶结充填集料特性规律、废石尾砂胶结充填体强度与充填材料配比之间的关系规律、废石尾砂胶结充填体强度影响性因素等,为废石尾砂胶结充填体力学研究提供了一种新的方法。
通过废石尾砂胶结充填试验寻求满足胶结体强度要求最优集料配比,并测定充填体力学特性参数,试验结果是确定废石尾砂胶结充填参数和评价充填体稳定性的重要依据。
项目主要进行了废石尾砂胶结充填体强度与废石、尾砂、水泥配比之间的关系试验,充填材料的混合浇注方式与胶结充填体强度关系试验。
试验结果显示,水泥含量与废石含量共同制约胶结充填体强度,两者中任何增长都能促进胶结体强度增加。
水泥含量不变时,废石含量增加能提高充填体强度主要原因是:其一,胶结料浆中水泥含量提高导致胶结体强度增加;其二,随着废石含量增加固体物料比表面积减小,单位面积上分配水泥量增加导致胶结体强度提高。
由废石尾砂胶结体强度曲线可知,在砂灰比不变条件下,废石尾砂胶结体强度随废石含量增加而减小,其强度减小是由于胶结体水泥含量降低。
(第八节)结构面的力学性质
原生结构面又细分为:
沉积结构面:沉积岩层在成岩过程中形成的结构面,如层理、层 面、假整合和不整合等。 火成结构面:岩浆侵入活动及冷凝过程中形成的,如岩浆岩的流 层、流纹、冷却收缩形成的张裂隙;火成岩体与围岩的接触面。 变质结构面:受变质作用形成的结构面,如片理、板理等。
2、按结构面受力条件划分
①压性结构面:由压应力挤压构成,其走向与最大主应力方向垂直。 ②张性结构面:在拉应力作用下产生,其走向与最大主应力方向一致。 ③扭性结构面:由纯剪或压张应力引起的剪应力所形成的结构面。 ④压扭性结构面:既有压型结构面的特征,也有扭性结构面的特征。
第三章
一、结构面类型
结构面的力学性质
第一节 结构面类型及特征
结构面:是具有一定方向,厚度较小,延展性较大的二维地质 界面。
1、按结构面成因划分
①原生结构面:成岩过程中形成的结构面。 ②构造结构面:在各种构造应力作用下形成的结构面,如节理、 断裂、劈理以及层间错动引起的破碎带等。 ③次生结构面:在各种次生作用下形成的结构面,如风化裂隙、 冰冻裂隙以及重力卸载裂隙等。
描述结构面密集程度的基本概念 裂隙度:沿测线方向单位长度所穿过的结构面数量。
n K L L d n
n :节理数;L :测线长度
d :节理平均间距
当岩体中存在多组节理时,此时裂隙度K为各组节理裂隙度之和
K K a Kb K n
Байду номын сангаас
切割度:表示岩体被结构面切割的程度。
a Xe A
胶结物厚度对岩体对强度的影响: 薄膜充填:充填物为极薄的一层矿物薄膜,强度较低。 断续充填:充填物不连续,厚度小于结构面起伏度。结构面强 度受两侧岩性及结构面形态控制。 连续充填:充填物连续,厚度略大于结构面起伏度。结构面强 度受充填物强度控制。 厚层充填:充填物厚度大,在岩体中形成软弱带。
2岩体工程中的软弱夹层问题如黄河小浪底水库工程左坝
1、岩体稳定性分析和地下水渗流分析通常把岩体视为由岩块(结构体)与结构面组成的地质体。
2、岩体工程中的软弱夹层问题:如黄河小浪底水库工程左坝肩的泥化夹层;葛洲坝水利工程坝基的泥化夹层;黑河水库左坝肩单薄山梁的断层引发的渗漏问题;长江三峡自然坡中的软弱夹层等。
这些软弱结构面在不同程度上影响和控制着工程岩体的稳定性。
因此,结构面变形与强度性质的研究,在工程实践中具十分重要的实际意义:1)大量工程实践表明:在工程荷载(小于10Mpa)范围内,工程岩体的失稳破坏有相当一部分是沿软弱结构面破坏的。
因此,结构面的强度性质的研究是评价岩体稳定性的关键。
2)在工程荷载作用,结构面及其充填物的变形是岩体变形的主要组成部分,控制着工程岩体的变形特性。
3)结构面是岩体中渗透水流的主要通道。
4)工程荷载作用下,岩体中的应力分布受结构面及其力学性质的影响。
第一节结构面的变形性质(特性)结构面的变形包括法向变形和剪切变形两个方面。
一、结构面的法向变形1.法向变形特征(Normal deformation)设不含结构面岩块的变形为ΔVr,含结构面岩块的变形为ΔVt,那么结构面的法向闭合变形ΔVj为:ΔVj=ΔVt-ΔVr由结构面法向应力σn与变形的关系曲线可得如下特征:1)σn↑,ΔVj↑↑,曲线呈上凹型;σn→σ0,σn-ΔVt变陡,与σn-ΔVr大致变形;2)初始压缩阶段,ΔVt主要由结构面闭合造成的;3)试验研究表明,当开始,含结构面岩块的变形由以结构面的闭合→岩块的弹性变形;4)σn-ΔVj曲线的渐近线大致为:ΔVj=Vm5)结构面的最大闭合量小于结构面的张开度(e)。
含结构面的岩块和不含结构面的岩块在法向上加荷、卸荷后的应力—变形曲线,见教材P76-77(Bandis 等,1983)。
2.法向变形本构方程(法向应力与变形之间的关系)这方面的研究目前仍处于探索阶段,已提出的本构方程都在试验的基础上总结出来的经验方程,如Goodman,Bandis及孙广忠等人。
胶结充填材料力学特性影响因素回归分析
块 质量 。试件 成形 后拆模 , 模仿 井下 条件保 湿养 护 ,
龄 期为 3 7 2 ,0 。不 同 灰砂 比、 量 浓 度 C , ,8 6 d 质 及
收稿 日期 : 0 — 3 0 2 6 0—7 0
作者 简介 : 代强 (9 4一) 男 , 邓 17 , 新疆石河子市人 , 工程师 , 士生 博
使用选 厂全尾 砂充 填可 以可 将金属 矿 山最 主 要 的固体 废弃物 深埋 于 井 下 , 免 排放 尾 砂 时 带来 的 避
污染 , 有利 于充分 回收 地下 资源 、 护矿 区及周 边 生 保 态环境 、 防止 采空 区塌 陷 引起 的人 为地 质 灾 害 等 环
不 同龄期 ( ) d 条件 下试 块强 度 测定 结 果 在 6 t 0 普
第6 0卷 第 4期 2 0 0 8年 1 1月
有 色 金 属
Non e r u e as f r o s M t l
Vo .6 1 0,No 4 .
No e e v mb r 2 0 0 8
胶 结 充 填材 料 力学 特 性 影 Ⅱ 因素 回 归 分析 向
骨料 粒 度 特 性 制 作 试 件 , 格 为 7 0 c ×7 0 c 规 .7 m .7 m
×7 0 c 灰砂 比为 1 4 1 6 1 8 1 1 。水 泥 为普 .7m, : , : , : , :2 通 硅酸 盐水泥 , 号 4 5 分 别 测 定料 浆容 重 和 试 标 2 #,
胶凝材料的水泥, 干料 中水 泥 含 量 从 7.9 6 %增 加 到 2 % , 应 试 件 的 强 度 增 幅 非 常 大 。 影 响 充 填 体 强 度 的 主 要 因 素 还 有 龄 期 和 0 对
块石胶结充填体组成材料的力学特性
块石胶结充填体组成材料的力学特性卓毓龙;陈辰;王晓军;邓书强;冯萧;胡源【摘要】目前,国内外对于块石胶结充填体组成材料力学特性的研究较少,而材料的力学特性在一定程度上影响充填效果的好坏.基于目前的研究成果,借助室内单轴抗压、抗拉试验,得到块石胶结充填体各组成材料的应力-应变关系曲线、载荷-时间关系曲线.结果表明:3种组成材料强度差异性大;骨料试件的强度远远大于尾砂充填体试件与骨料-尾砂试件;骨料试件与骨料-尾砂试件峰后应力跌落较快,表现为脆性特征;尾砂充填体试件在到达峰值应力后下滑迟缓,说明其具有一定残余强度;尾砂充填体试件与骨料试件在单轴荷载的条件下具有初始压密、线弹性变形、塑性变形和失稳破坏4个阶段.【期刊名称】《有色金属科学与工程》【年(卷),期】2016(007)001【总页数】4页(P64-67)【关键词】力学特性;块石胶结充填体;应力;应变【作者】卓毓龙;陈辰;王晓军;邓书强;冯萧;胡源【作者单位】江西理工大学资源与环境工程学院,江西赣州341000;江西理工大学资源与环境工程学院,江西赣州341000;江西理工大学资源与环境工程学院,江西赣州341000;江西理工大学资源与环境工程学院,江西赣州341000;江西理工大学资源与环境工程学院,江西赣州341000;江西理工大学资源与环境工程学院,江西赣州341000【正文语种】中文【中图分类】TD315.3近年来随着胶结充填采矿法在矿山的推广应用,矿山块石胶结充填体作为一种新型的工程材料引起了较大的关注[1-3].块石胶结充填体形成机理与岩石有着本质的区别,又因其构成的主要骨料为矿山废物(尾砂或废石),与混凝土也有较大的差别,因此,矿山技术人员与科研人员已经开始逐步重视这种特殊的矿山工程材料.目前国内外学者和研究人员已经逐步开始对矿山固废胶结充填体进行专项研究:邓代强等[4-8]利用力学的理论基础,通过尾砂胶结充填体无侧限单轴抗压、劈裂拉伸强度试验建立了尾砂胶结充填体拉、压状态演化方程和本构模型,比较全面地描述了尾砂胶结充填体破坏演化过程;郭利杰等[9]通过废石尾砂胶结充填试验,测定充填体力学特性参数,提出废石相比尾砂在提高充填体强度方面具有突出的优越性;刘志祥等[10]通过不同配比尾砂胶结充填体的力学试验建立了常规4种不同配比充填体本构方程;王晓军等[11]通过试验分析了尾砂胶结充填体抗压强度与声波波速的关系,建立了充填体纵波波速与单轴抗压强度的数学模型;邓代强等[12]在试验的基础上建立了不同配比尾砂胶结充填体围压与能耗的函数关系,王晓军等[13-15]通过室内试验、数值模拟等方法研究了复杂应力下尾砂胶结充填体的变形规律,判明了下向充填尾砂胶结充填体顶板的破坏特征;王晓军[16]通过数值模型试验研究了尾砂胶结充填体破裂过程中声发射的能量特征和空间分布规律.而针对块石胶结充填体组成材料的力学特性的研究目前还尚未有学者进行过系统的试验与研究. 鉴于此,本文在前人研究的基础上,通过块石胶结充填体组成材料的室内单轴抗压、抗拉实验,分析各组成材料单轴压缩状态下的应力-应变特性曲线与时间-载荷曲线,得到了块石胶结充填体各组成材料的强度特性,以及在单轴荷载条件下各组成材料在各阶段的力学特性.这对采用块石胶结充填的矿山具有一定的指导意义.本试验采用RMT-150C岩石力学试验系统,该系统具有加载控制方式多、加载速率均匀及测试精度高等优点.试验开始前,需设置好液压伺服控制系统的各项参数,以保证试验过程中能实时记录试件的各项力学参数值,并绘制各组成材料相应的应力-应变曲线、载荷-时间曲线.试验过程中,试件声发射信号的产生及变化不仅与试件内部裂纹的产生、扩展密切相关,还与压力机加载方式下的稳定性相关,设备中的油压泵采取了对应的减振措施,使噪声降至65 dB以下,保证了该设备在压力输出方面能够保持良好的稳定性.试件均采用位移控制加载,速率为0.002mm/s.为满足试验要求,试样原材料(尾砂、废石)均来自于某矿山,所有试件参照《SL352-2006水工混凝土试验规程》和《水利水电工程岩石试验规程》的制作标准.分别制作骨料、尾砂充填体和骨料-尾砂界面3种不同种类的试件.试件的尺寸均为Ф75 mm×150 mm,骨料试件为从岩石母体中钻取的75 mm的岩芯样;尾砂充填体试件为按灰砂质量比1∶4在实验室制备,选用的水泥与尾砂都与块石胶结充填体试件中所用的型号、成分一致;骨料-尾砂界面是将切割打磨好的骨料试件再沿中轴线切割成剖面为半圆的骨料试件,再以尾砂材料充填成型.见表1.根据试验研究结果,得到了各组成材料单轴压缩状态下的应力-应变特性曲线与载荷-时间曲线,由于篇幅限制,各组成材料仅给出具有代表性的3个试件的全应力-应变曲线、载荷-时间曲线,如图1~图3所示.(图1~图3中A1、A2、A3;G1、G2、G3;J1、J2、J3均为试件编号)结合图1至图3可以看出,这3种组成材料的强度差异性大,在骨料试件还远远没有达到破坏的时候尾砂充填体试件与骨料-尾砂试件已经受压破坏,骨料试件与骨料-尾砂试件峰值后应力跌落较快,表现出脆性特征,尾砂充填体试件在到达峰值应力后下滑迟缓,表现出一定残余强度,这一现象可能由尾砂充填体破坏后产生的体积扩容所导致.而同一材料之间峰值前与峰值后变形特征大致相同,不同材料之间的变形特征有所差异.尾砂充填体试件与骨料试件同所有岩类材料具有类似的特性,在单轴荷载的条件下具有初始压密、线弹性变形、塑性变形和失稳破坏4个阶段.1)初始压密阶段:尾砂充填体内部的微裂纹、空隙受到外界垂直方向的压力作用,部分非平行于压力方向的微裂纹、空隙受压闭合,使得尾砂充填体在一定程度上得到强化,而属于矽卡岩岩性的骨料试件在这一阶段表现并不明显.2)线弹性变形阶段:随着应力的增加,各组成材料的绝大部分内部结构与其之间的空隙变得更加密实,变形从初始压密阶段进入线弹性阶段.但在该阶段各组成材料内部存在的尖端应力水平较低,未达到能使裂纹产生、扩展并贯通的程度,因此可以认为在此阶段相对应的应力-应变曲线呈线性变化.3)塑性变形阶段:尾砂充填体试件变形曲线存在较为明显的屈服阶段,存在一个应力值非常接近峰值强度点,使得试件的变形由弹性转变为塑性,这一特性与骨料试件及骨料-尾砂试件并不相同.尾砂充填体在外界压力的作用下内部产生的微破裂、空隙扩展形成宏观破坏裂隙,试件整体发生明显的横向变形现象;尾砂充填体在临近峰值抗压强度时,内部结构开始萌生新的微裂纹并与先前产生的宏观裂纹相互交叉、贯通,随后进入峰值抗压强度后的弱化阶段;由于均采用的是位移控制加载,相比之下这一阶段骨料试件的持续时间较短,在临近峰值点时应力出现了突然减缓,但相对应的应变量明显增加.4)失稳破坏阶段:尾砂充填体在接近峰值强度后,并且外载荷不断增加的同时,已经产生的微裂纹继续扩展并形成主裂纹,产生了肉眼可以分辨的宏观破裂,试件周边有细小的充填体落下;尾砂充填体随后产生的破裂都是沿着已形成的主裂纹,而试件其他部位则无明显的破裂产生.随着压应力的不断增大,尾砂充填体前期积聚的应变能以宏观破裂的方式得以完全释放而失去承载能力.骨料与骨料-尾砂试件在失稳破坏后应力急剧下滑,表现出一定的脆性.1)块石胶结充填体各组成材料强度差异性大;骨料试件与骨料-尾砂试件峰值后应力跌落较快,表现出脆性特征;尾砂充填体试件在到达峰值应力后下滑迟缓,表现出一定残余强度.2)同一材料之间峰值强度前、后变形特征大致相同,但不同材料之间的变形特征有所差异.3)尾砂充填体试件与骨料试件具有脆性材料的特性,在单轴荷载的条件下同脆性材料一样具有初始压密、线弹性变形、塑性变形和失稳破坏4个阶段.【相关文献】[1]刘同友.充填采矿技术与应用[M].北京:冶金工业出版社,2001.[2]FARSANGI P,HARA A.Consolidated rockfill design and quality control at Kidd Greek Mine[J].CIM Bulletin,1993,973:68-74.[3]周爱民.矿山废料胶结充填[M].北京:冶金工业出版社,2007.[4]邓代强,杨耀亮,姚中亮.拉压全过程充填体演化本构方程研究[J].采矿与安全工程学报,2006,23(4):485-488.[5]LEMAITRE J.How to use damage mechanics[J].Nuclear Engineer鄄ing andDesign,1984,80(1):233-245.[6]LEMAITRE J.力学教程[M].倪金刚,陶春虎译.北京:科学出版社, 1996.[7]刘贤俊,何文,谢勇,等.新型尾砂胶结剂胶结分级尾砂充填体强度研究[J].有色金属科学与工程,2015,6(2):72-79.[8]王晓军,付振涛.合理布筋方式提高顶板充填体稳定性试验研究[J].有色金属科学与工程,2011,2(1):73-76.[9]郭利杰,许文远,谭钦文.废石尾砂胶结充填体材料力学特性研究[J].矿物学报,2010(增刊1):74-75.[10]刘志祥,李夕兵,戴塔根.尾砂胶结充填体模型及与岩体的匹配分析[J].岩土力学,2006,27(9):1442-1446.[11]王晓军,曾健,秦艳华,等.基于声波波速测试充填体质量试验研究[J].科学技术与工程,2007,7(23):6180-6186.[12]邓代强,高永涛,吴顺川,等.复杂应力下充填体破坏能耗试验研究[J].岩土力学,2010,31(3):737-742.[13]WANG X J,WANG J A.The mechanism and experimental study on fracture of thick-bedded backfill of under high stress[J].Civil and Environmental Engineering,ACEE 2011,2011,4(3):2770-2774.[14]WANG X J,ZHAO K,LEI Q.The test study on fracture mechanism and reinforcement pattern of backfill roof under high stress[J].Ad鄄vanced MaterialsResearch,2011,6(5):5041-5047.[15]赵奎,王晓军,刘洪兴,等.布筋尾砂胶结充填体顶板力学性状试验研究[J].岩土力学,2011,32(1):9-14.[16]王晓军,冯萧,赵康.不同回采断面顶板充填体破裂声发射数值模拟研究[J].矿业研究与开发,2011,31(1):9-15.。
充填胶结新材料的试验与应用
充填胶结新材料的试验与应用充填胶结新材料是一种具有优良性能的新型材料,具有很好的应用前景。
本文将介绍充填胶结新材料的试验与应用。
试验部分:(一)、材料制备充填胶结新材料是一种由水泥、石灰石粉、石膏、纤维材料等组成的复合材料。
试验时,将这些原材料按一定比例进行混合,并加入适量的水,在搅拌过程中不断掺加,将材料混合均匀,形成一定粘度的充填材料。
(二)、试验方法1、光学显微镜观察将充填材料取出,进行切片,并在光学显微镜下观察其结构。
通过观察材料的微观结构,能够判断材料的密度、结晶度、晶体尺寸等结构性质。
2、力学性能测试将充填材料进行强度测试,包括压缩强度、抗拉强度、弯曲强度等。
测试结果可以反映充填材料的强度和韧性等机械性能。
3、耐久性测试将充填材料进行耐久性测试,包括耐火性测试、耐候性测试等。
通过测试,能够评估充填材料在特定环境条件下的稳定性和抗腐蚀能力。
应用部分:(一)、在地铁隧道内的应用在地铁线路的隧道机房内,充填胶结新材料可用于电缆隧道、通风管道、接地地网、水泵井等,避免老旧材料造成的漏水、漏电等问题。
(二)、在建筑领域的应用在建筑领域,充填胶结新材料可以用于房屋保温、墙体砌筑等。
该材料具有良好的保温性能,可以通过增加纤维量来提高其防火性能,还可通过加入其他材料如石墨、珍珠岩等来增强材料的隔音性能。
在煤矿领域,充填胶结新材料可以用于支护煤柱、填充煤巷、加强煤壁等。
该材料的高强度和良好的耐久性能能够有效提高煤矿的安全性和生产效率,减少矿难和事故。
总之,充填胶结新材料具有很好的应用前景,在不同的领域都有着广泛的应用。
未来,随着科技的不断发展,充填胶结新材料的性能和应用范围都将得到更进一步的提高和拓展。
矸石胶结充填体力学性能实验研究
矸石胶结充填体力学性能实验研究摘要:本文旨在利用试验研究方法来研究矸石胶结充填体的力学性能。
研究中,研究人员取样比较不同特征和性能特点的胶结充填材料。
实验结果表明,胶结充填材料对充填性能明显有益,能够改善石灰岩抗压强度,抗拉强度和压缩系数等性质,这表明胶结充填材料是改善矸石砼力学性能的有效手段。
关键词:矸石胶结充填;力学性能;实验研究正文:矸石胶结充填体的力学性能实验研究一直是地质工程、工程地质及其他相关工程领域的研究热点。
随着新材料的应用,研究者们正在探索矸石胶结充填体的力学性能特征。
本文通过实验研究,分析了矸石胶充填材料的加固作用。
实验中使用了不同孔径的矸石砂、不同比例的水泥胶充填材料,并进行了抗压实验,抗拉实验和压缩实验。
结果表明,在胶结充填材料的加入下,石灰岩抗压强度、抗拉强度和压缩系数都有显著的改善,表明胶结充填材料是改善矸石砼力学性能的有效手段。
结论:本文通过试验研究,分析了不同量的矸石胶结充填材料对矸石砼力学性能的影响。
结果表明,胶结充填材料能显著提高矸石砼抗压强度、抗拉强度和压缩系数。
因此,胶结充填体是提高矸石砼力学性能的有效手段。
矸石胶结充填体具有较高的抗裂性能,可以实现介质对外界环境的阻隔作用。
此外,它还可以抵抗侵蚀和冲蚀作用,保护周围岩性物料,并最大程度地避免失稳现象的发生,而且表面处理后,可以在一定范围内抵抗外部水力载荷。
矸石胶结充填体还可以作为水封桩的基层材料,对于密封砂或泥土的整体性能至关重要,可以防止外部水体渗透进入水封桩中。
此外,矸石胶结充填体可以抵抗外部气体的影响,减少气体渗透的危害,在一定程度上限制流体的运动,避免不必要的岩土破坏。
此外,矸石胶结充填体还可以有效改善岩石砼孔隙结构,阻止介质孔隙结构的开放,从而减小渗流量,提升岩石砼的强度性能。
通过将矸石胶结充填体引入岩石砼中,可以改变孔径的分布,形成压实的孔隙结构,降低渗透率,提高矸石砼的抗渗性能。
因此,矸石胶结充填体是一种可靠的、高性能的岩石砼填料。
填充聚合物填料和填料填料相互作用对填充硫化胶动态力学性能的影响_续1_
渐增大的填充硫化胶与未填充胶料之间的差异 减至最小。一方面 , 未填充胶料与应变关系不 大 , 另一方面 , 在这个特定情况下 , 填充橡胶的 t an 随 DSA 增大而 迅速提高 , 直至应 变振幅 达到约 20% ~ 30% 。在高 DSA 下高填充硫化 胶的 tan 甚至 超过了相 应的未 填充硫 化胶。 这种观测结果也许与填料网络有关。正如前面 所讨论的 , S SBR Duradene 715 在 0 时处于 转变区 , 由于高粘度其本身能量损耗很高 , 因而 导致应力松弛时间长。在不能打破填料网络的 应变振幅下 , 聚合物分数降低, 以至于 t an 也 较低。当应变振幅增大到能打破填料网络的程 度时, 包覆在这种网络内的橡胶就会被释放出 来加 入到能量损耗 过程中, 因而导致 tan 升 高。另外在这种条件下, 填料网络的周期性打 破和重建也会增加填充胶料的能量损耗。因为 这两个过程都随应变振幅增大而加强 , 故 tan 应随 DSA 迅速提高。因此 , 高填充硫化胶在高 应变振幅下的 tan 甚至比未填充橡胶更高。
图9 在0 和 10 Hz 下炭黑 N234 用量 不同
注同图 4
图 8 在 70
和 10 Hz 下炭黑 N234 用量不同的
注同图 4
S SBR 胶料 G 与应变的关系
的 S SBR 胶料 G 与应变的关系
下与应变 的关系分别 示于图 10 和
11 。很明显 , 不管应变振幅如何 , 在橡胶中加入 炭黑会大幅 度提高材料的 粘性模量。正如对
图 12
在 70
和 10 Hz 下炭黑 N234 用量不同
注同图 4
的 S SBR 胶料 tan 与应变的关系
因为未填充胶料的 G 和 G 与应变没有关 系, 故填充胶料的 t an 在低 DSA 下 随应变振 幅增大而快速 提高反映出 G 提高而 G 下降 , 两者都对较高 的损耗因子有贡 献。随着 DSA 进一步增大 , G 随填料网络结构进一步被打破 而不断下降 , G 则通过其最大值后因填料网络 重建的速度比破坏下降得更快而降低。当 G 的下降速度超过 G 时, t an 振幅比 G 的高。 到此为止的讨论关注的是较高温度下获得 的结果 , 在较高温度下聚合物处于高熵弹性和 低滞后的橡胶态 , 故能量损耗的主要原因与周 期性应变过程中填料网络结构的变化有关。在 聚合物进入转变区的温度下向填充橡胶施加动 态应力时应考虑聚合物的滞后。 在所用聚合物的转变区温度 0 下测得的 结果示于图 13。可以清楚地看出 , 其曲线与 70 下观察到的差异很大。应变振幅在一定范围 内, t an 随填料用量增大而降低。未填充胶料 具有最大值。然而随着 DSA 增大 , 填料用量逐 DSA 曲线随 DSA
胶结充填物成分对结构面力学性质的影响
岩石力学
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3.1.5 岩体结构类型-1
岩 体 构 类 型
岩体地质 类型
主要
结构 体形
结构面发育情况
状
岩土工程特 征
可能发生的 岩上工程问 题
以原生构造节理
整 体 状 结 构
均质,巨
为主.多呈闭合
块状岩浆
型,裂隙结构面
岩、变质 巨块 间距大于1.5m,一
岩.巨厚 状 般不超过l~2
层沉积岩、
组.无危险结构
风化裂隙 风化夹层
泥化夹层
岩石力学
6
3.1.3 结构面分级及其特性-1
级 序
分级依据
延伸数十公 里
深度可切穿
I 级
一个构造层
破碎带宽度 在数米、数 十米以上
地质类型
力学属 性
属于软 弱结构 区域性深 面, 大断裂
构成独 或大断裂 立的力
学介质 单元
对岩体稳定性影 响
影响区域稳定性
是岩体变形或破 坏的控制条件,
之和与测线长度比值.
K1=∑a/(∑a+ ∑b)
K1变化在0~1之间变化,
K1值愈大说明结构面的 连续性愈好,
当K1=1时,结构面完全
贯通。
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岩石力学
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②面连续性系数(面切割度)Xe:在岩体中沿结构面延展平
面上,结构面各块面积之和∑a与该断面面积A之比.
Xe=∑a/A
Xe变化在0~1之间变化; Xe值愈大说明结构面的连续性
块
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结束语
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聚合物填料和填料填料相互作用对填充硫化胶动态力学性能的影响
值 , 以便能降低滚动阻力和节能。这种理想的 材料为了获得高抗滑和湿抓着性能, 还应在如 - 20~ 0 较 低温度下具有 高滞后特 性。然 而 , 已了解到涉及抗滑性能的因素要比单一胶 料性能复杂。 另外人们还了解到 , 胶料的动态性能 , 尤其 是动态滞后及其与温度的依赖关系在很大程度 上会受到填料参数的影响。对填料形态即与表 面积和/ 或粒径和分布有关的细度和与粒子聚 集体形状不规则性及其分布有关的结构的影响 已进行过研究和评价。然而, 这种表面特性对 填充硫化胶动态性能的重要性并没有受到应有 的重视, 尽管在文献中已提供了大量数据。例 如炭黑的石墨化, 会剧烈改变其表面物理化学 性质, 并在一定程度上减小表面积, 然而其结构 却可保持基本不变, 最终会导致滞后升高。通 过填料表面的化学改性也可大大改变包括模量 和损耗因子的动态性能, 而化学改性却不可能 改变填料的表面形态。
图4
1
炭黑 N234 用量不同的 S - SBR 胶料
0; 2 40 份 ; 6 10 份 ; 3 50 份 ; 7 20 份 ; 4 60 份 ; 8 30 份 ; 5 70 份。 变量 ; 氧化锌 1. 25;
G 与温度的关系 ( 5%DSA, 10 Hz)
配方 : S -SBR Duradene 715 3; 硬脂酸 促进剂 M BT
图 5 炭黑 N234 用量不同的 S - SBR 胶料 G 与温度的关系 ( 5%DSA, 10 Hz)
注同图 4
影响也不同。通过填料性能对其在填充橡胶中 的有效体积的影响的讨论和在不同温度下动态 性能参数与应变的关系的研究 , 在不同温度区 填料用量的影响机理可得到很好的揭示。 4 填料性能对其在填充硫化胶中有效体积的 影响 已发现在聚合物体系中填料体积分数在许 多方面起作用, 例如胶料的流变性能、 硫化胶的 拟静态应力 - 应变特性和动态粘弹响应, 填料体 积分数好像比根据密度和用量计算的实际体积 分数大得多。在许多方面, 为了描述填料对橡 胶性能的影响, 往往采用有效体积分数而不是
动载下胶结充填体的力学特性试验研究
试验开始前,试样被 紧 夹 在 入 射 杆 和 透 射 杆 中 间,
保证试样 与 压 杆 同 心 共 轴,冲 头 在 压 缩 气 体 的 作
用下以一定的速度同心撞击入射杆 产 生 应 力 脉
冲,当应力脉冲传播 到 入 射 杆 与 试 样 接 触 面 时,由
于波阻抗不同,应力 波 在 该 界 面 发 生 透 射 和 反 射,
1 充填体动态冲击试验
1.1 SHPB 试验装置与原理
本次试验采用50mm 杆径的分离式霍普金森 压杆(SHPB)系 统 装 置,异 型 冲 头 与 入 射 杆、透 射 杆、吸能 杆 的 材 质 均 为 40Cr 合 金 钢,密 度 7800 kg/m3,波速5200 m/s。 选 用 纺 锤 形 冲 头 可 以 产 生正弦 波,让 试 样 有 足 够 的 时 间 达 到 应 力 平 衡。
表1 充填体试样物理力学参数 Table1 Physicalandmechanicalparametersofbackfillspecimens
高 度/mm
直 径/ mm
密 度/ (kg· m-3)
抗压强 度/MPa
波速/ 波阻抗/(kg· (m·s-1) m2·s-1)
25±0.750±0.5 1880 3.66 1950±40 3.6×106
相 对 于 岩 石、混 凝 土 等 强 度 较 大 材 料 的 动 力 学特性研 究 取 得 的 丰 富 成 果,关 于 胶 结 充 填 体 的 研究主要集中于静力学,M Fall等 从 [13] 胶凝材 料、 温度、养护 龄 期 等 多 种 角 度 探 讨 了 胶 结 充 填 体 强 度的影响因素。杨 伟 等 利 [14-15] 用 SHPB 装 置 测 试 了 充 填 体 的 动 态 力 学 性 能 ,得 到 了 动 态 抗 压 强 度 与 平 均 应 变 率 之 间 的 关 系 ,但 应 变 率 相 差 较 大 。 因 此 ,笔 者 通 过 霍 普 金 森 试 验 系 统 对 冲 击 载 荷 作 用 下 充 填 体 动 力 学 特 性 展 开 研 究 ,分 析 动 态 抗 压 强 度 、强 度 增 长 因 子 等 力 学 参 数 与 应 变 率 之 间 的 关 系 ,探 讨 不 同 应 变 率 下 充 填 体 的 变 形 特 征 ,为 矿山开 采 过 程 中 充 填 体 稳 定 性 研 究 提 供 理 论 依据。
胶结充填体的力学性能研究
胶结充填体的力学性能研究邹 勇,徐国元,谭 政(中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083)摘 要:在采空区中,充填体可以改善围岩应力状态、限制围岩移动的规模,维护空区的稳定性和地表的生态环境。
对水平充填进路充填体进行几何相似力学试验研究,采用INSTRON1342力学试验机,对梁进行三点弯试验,得出不同材料配比和不同结构梁的极限承载力,结果表明在充填材料中布筋,可以明显改善充填体抗弯力学性能,进而提高充填体的稳定性。
关键词:采空区;充填体;三点弯试验;稳定性中图分类号:P55 文献标识码:B 文章编号:1004—5716(2007)04—0088—03 随着人类对矿产资源大规模的开发和利用,浅部的矿产资源逐渐枯竭,开采正转向深部矿体。
因此,地压问题将日益突出,并成为实现深部安全、高效开采的主要障碍。
充填技术是解决深部地压控制、维护采空区稳定、保障安全作业、保护地表不遭破坏和维持既有的生态环境的有效途径之一。
在地应力高、围岩破碎的矿区,为保证采矿正常进行和矿山工作人员安全对充填体的强度和稳定性提出了更高的要求。
现就对水平充填进路充填体进行几何相似的力学试验研究。
1 试验设计1.1 基本材料在胶结充填中所用到的充填材料主要为水泥,粉煤灰,尾砂,-3mm棒磨砂和水。
1.2 试件制作,养护在矿区采用得充填方式为高浓度浆体自流胶结充填和膏体泵送胶结充填。
两种充填料配比如表1、表2所示。
表1 高浓度浆体充填料配合比质量浓度(%)每立方米充填砂浆材料消耗量(kg/m3)水泥砂水773111240430表2 尾砂井下胶结膏体充填材料配合比质量浓度(%)每立方米膏体物料消耗量(kg/m3)尾砂-3mm磨砂干粉煤灰水水泥78±1586586211388220 利用模型试验中几何相似原理,制作模型采用了40mm×40mm×160mm尺寸的标准钢制模具,分别对这两种材料制作有无主筋的梁模型。
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岩石力学
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按结构面间距d的分级表
描述 极密集的间距
削 距(mm) <20
很密的间距 密集的间距 中等的间距 宽的间距
20~60 60~200 200~600 600~2000
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很宽的间距 极宽的间距
2000~6000 >6000
岩石力学
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多组结构面裂隙度K 的计算:
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岩石力学
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3.1.2 结构面(Structural plane)类型-1
成因类型
地质类型
原 生 结 构 面
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沉积 结构面
层面、层理、沉积间断面(不整 合面、假整合面)、原生软弱夹 层
火成 流层、流线、火山岩流接触面, 结构面 蚀变带、挤压破碎带、原生节理
变质 结构面
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节理、
划分II类岩体结
构的基本依据
劈理、
是岩体力学性质
片理、 坚硬结 和结构效应基础
构面
层理、
破坏岩体的完整
性,与其他结构
卸荷裂隙
面形成不同类型
等。 岩石力学
边坡破坏方式。 10
3.1.3 结构面分级及其特性-5
级 序
分级依据
地质类型
力学属 性
对岩体稳定性 影响
分布随机,降
V 级
②半贯通性结构面:有一定长度、不能贯通,岩块强度降低、变 形增大.
③贯通性结构面:长度较长、连续好、贯通整个岩体、构成岩体 边界,它对岩体有较大的影响,破坏常受这种结构面控制.
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岩石力学
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b. 连续性
结构面的连续性反映结构面的贯通程度。
①线连续性系数K1 :沿结构面延伸方向上,结构面各段长度
连续性极差、微小节理
刚性接触的
细小或隐微 隐微裂隙
裂面,统计
结构面
线理等。
硬性结 构面
低岩块强度, 是岩块力学性 质效应基础。
若十分密集, 又因风化,形
成松散介质。
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岩石力学
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3.1.4 结构面状态
1)结构面贯通类型和连续性
a. 贯通类型 ①非贯通性结构面:较短、不能贯通,岩块强度降低、变形增大.
国际岩石力学学会 (ISRM,1978)建议:
用结构面的迹长来描述 和评价结构面的连续性, 并制订了相应的分级标 准
描述 很低连续性 低的连续性 中等连续性 高连续性 很高连续性
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岩石力学
迹长(m) <1 1~3 3~l0 10~20 >20
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2)结构面密集程度
结构面的密集程度反映结构面发育的密集程度。
Ka=1/max =cosξa/da , Kb=1/mbx =cosξb/db , ······, Kn=1/mnx =cosξn/dn
K=Ka+Kb+···+Kn
结构面按裂隙度K分类:
k=0~1为蔬节理,
k=1~10为密节理,
k=10~100为非常密集节理, k=100~1000为压碎、糜棱化。
风化裂隙 风化夹层
泥化夹层
岩石力学
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3.1.3 结构面分级及其特性-1
级 序
分级依据
延伸数十公 里
深度可切穿
I 级
一个构造层
破碎带宽度 在数米、数 十米以上
地质类型
力学属 性
属于软 弱结构 区域性深 面, 大断裂
构成独 或大断裂 立的力
学介质 单元
对岩体稳定性影 响
影响区域稳定性
是岩体变形或破 坏的控制条件,
级
面内不含泥,夹层 有泥膜。在 一个地质时 层间错动 代地层中分 带等
少数属 软弱结 构面。
不同规模的块 体破坏
划分II类岩体结
布。
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岩石力学
构的重要依据 9
3.1.3 结构面分级及其特性-4
级 序
分级依据
地质类型
力学属 对岩体稳定性影 性响
延展数米,
未错动,
IV 级
不夹泥,
有的呈弱结 合状态,统 计结构面
形成岩体力学作 用边界。
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岩石力学
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3.1.3 结构面分性
对岩体稳定性影 响
不整合面
II 级
延伸数百 米至数公
假整合面
里,
原生软弱
破碎带宽 夹层
度几数厘 米比较 米窄 至,层 带间错动
控制山体稳定性
属于软弱
结构面 与I级结构面可
形成大规模的块
愈好; 当Xe =1时,结构面完全贯。 当Xe =0时,岩体完整。
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岩石力学
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岩体按切割度Xe的分类表 名称 完整的
切割度Xe 0.1~0.2
弱节理化 中等节理化 强节理化 完全节理化
0.2~0.4 0.4~0.6 0.6~0.8 0.8~1.0
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岩石力学
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③迹长:在岩体中沿结构面延展迹线的长度。
3.1 岩体结构-主要内容
1 岩体结构要素
2 结构面类型
3 结构面分级及其特性
4 结构面状态
5 岩体结构类型
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岩石力学
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3.1.1 岩体结构要素
岩体结构要素(单元)结结构构面体坚软板块硬弱状状结结结结构构构构面面体体干(夹(净长泥短的厚的轴比,的大夹)于层15的)
形成块裂 体破坏,即控制
边界
岩体变形和破坏
方式。
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风化夹层 岩石力学
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3.1.3 结构面分级及其特性-3
级 序
分级依据
地质类型
力学属 性
对岩体稳定性 影响
延展十米或
控制岩体的稳
III
数十米, 无破碎带,
各种类型 的断层
原生软弱
多数属 于坚硬 结构面
定性
与I、II级结构 面组合可形成
之和与测线长度比值.
K1=∑a/(∑a+ ∑b)
K1变化在0~1之间变化,
K1值愈大说明结构面的 连续性愈好,
当K1=1时,结构面完全
贯通。
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岩石力学
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②面连续性系数(面切割度)Xe:在岩体中沿结构面延展平
面上,结构面各块面积之和∑a与该断面面积A之比.
Xe=∑a/A
Xe变化在0~1之间变化; Xe值愈大说明结构面的连续性
①裂隙度K :沿取样线方向单位长度上的结构面数量。
设取样线长度为L,单位m,该长度内出现的结构面数量n, 沿取样线方向结构面平均间距为d′,则
K=n/L , d′ =1/K=L/n
线密度Kd:若取样线垂直结构面,则裂隙度被称为线密度。 间距d:同一组结构面法线方向上结构面平均距离。
Kd=n/L , d =1/Kd=L/n
片理、板理、软弱夹层
岩石力学
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3.1.2 结构面(Structural plane)类型-2
成因类型
地质类型
劈理
构
造
节理
结
构
断层
面
层间破碎夹层
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岩石力学
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3.1.2 结构面(Structural plane)类型-3
成因类型
地质类型
次 生 结 构 面
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卸荷裂隙
爆破裂隙