铀尾砂胶结充填体三轴压缩试验及非线性强度准则研究

充填采矿法是矿山开采的重要施工方法,探究尾砂胶结充填体回填采空区后的强度特性具有重要的理论研究和工程实际意义。以铀尾砂胶结充填体为研究对象,研究砂灰比和围压对胶结充填体力学性能的影响。随后基于三种强度理论,以试验数据为基准,对不同砂灰比铀尾砂胶结充填体强度进行预测。研究结果表明砂灰比对尾砂胶结充填体的力学特性有较大的影响;（1）砂灰比为4,围压小于4MPa时,铀尾砂胶结充填体的应力-应变曲线呈应变软化型,砂灰比大于4.铀尾砂胶结充填体的应力-应变曲线呈应变硬化型（2）粘聚力和内摩擦角随着砂灰比的增大而减小,并逐渐趋于平稳。并呈指数下降趋势,（3）Rocker准则公式简单,能精准的预测不同砂灰比条件下铀尾砂胶结充填体的强度。并提出考虑砂灰比的铀尾砂胶结充填体的Rocker强度准则,并验证其具有良好的预测效果,上述研究将为矿山充填开采提供有益的参考。     

尾砂胶结充填体损伤软-硬化本构模型

针对灰砂比分别为1∶4,1∶8和1∶10的尾砂胶结充填体进行了力学试验,得出了其在单轴压缩条件下的物理力学特性。根据统计损伤理论,在材料微元强度服从Weibull分布规律的基础上,引入有效损伤率参数来表征损伤材料的承载能力,建立尾砂胶结充填体在单轴压缩条件下的损伤软-硬化本构模型。经对比验算,尾砂胶结充填体损伤软-硬化模型与实验结果相吻合。该模型在体现尾砂胶结充填体损伤随机性、应变软化过程的同时,反映了尾砂胶结充填体峰后应变硬化过程及规律,为充填体强度设计提供了依据。     

尾砂坝内不同位置尾砂对充填体强度的影响

以实验室尾砂物理性质分析和强度试验为基础，结合水口山矿务局廉家湾矿区实际充填资料，论证了尾砂坝内不同位五尾砂对充填体强度的影响，为实现全尾砂胶结充填提供了依据。     

全尾砂胶结充填体的强度敏感性及破坏机制

以大冶铁矿全尾砂为原材料,采用水泥为胶结材料制作全尾砂胶结充填体,采用单因素五水平设计试验,研究了全尾砂胶结充填体强度与料浆中固相质量分数、灰砂配比及龄期之间的关系,并对敏感性进行了分析.胶结充填体强度随着料浆中固相质量分数的增加遵循指数函数增长,随灰砂配比的增加呈线性增长,随龄期增加遵循指数函数的增长,其中胶结充填体强度对龄期的敏感性最高,料浆中固相质量分数次之,灰砂配比最弱.胶结充填体抗压破坏试验结果显示,充填体的破坏经历了四个阶段,分别为微裂隙闭合阶段、线弹性阶段、微裂纹扩展阶段及裂纹贯通破坏阶段.     

含硫尾砂充填体长期强度性能及其影响因素

针对含硫尾砂胶结充填体经常出现的后期强度劣化现象,进行含硫和无硫尾砂充填体强度对比试验,研究灰砂比和料浆对含硫尾砂充填体长期强度性能的影响,并采用XRD和SEM对含硫尾砂充填体中水化产物进行分析。研究结果表明:尾砂含硫量(质量分数)为6.1%,主要硫化物为黄铁矿时,充填体120 d强度下降达到47.4%。灰砂比为1:8时,充填体各龄期强度显著增加,后期强度劣化得到改善。灰砂比为1:16时,充填体长期强度稳定在0.85 MPa左右。充填料浆质量分数对充填体强度影响也较为显著,质量分数为74%~76%时,充填体后期强度下降幅度最小。当充填体内部结构较疏松时,次生石膏可以填充水化产物之间的空隙,在一定程度上改善充填体长期强度性能。充填体结构较为致密时,次生石膏会破坏其微观结构,降低充填体后期强度。     

块石含量对充填体力学特性与韧性影响试验研究

在块石胶结充填中作为骨料的块石是充填体各项力学性能的关键影响因素。在RMT-150C试验系统上进行不同块石含量充填体无侧限单轴压缩试验,得到其应力-应变、荷载-位移曲线,结果表明块石的加入对充填体结构稳定性、峰值强度、残余强度都有较大影响。采用美国材料与试验协会韧度指数法分析,得到了不同块石含量下充填体韧度指数,发现块石含量增加对充填体韧性影响的一般规律:充填体韧度指数随块石含量增加呈先增后减的趋势,在含量趋近40%时韧度达到最大。     

云南某铅锌矿全尾砂膏体室内实验研究

对云南某铅锌矿采用全尾砂膏体充填方案开展了室内实验研究,分析了全尾砂基本物理化学性质(粒级组成、化学成分),并进行了全尾砂自然沉降试验、坍落度试验、全尾砂试块单轴强度试验,获得了全尾砂及全尾砂胶结料的自然沉降特性、流动性能、析水性能及强度特性.试验结果显示:全尾砂自然沉降2~3 h后,重量浓度达到72%~76%,需要添加絮凝剂加快沉降;全尾砂胶结料的重量浓度为78%~79%时,坍落度为24~17 cm,基本无析水(1%~0.6%),充填料呈膏体状态,适合长距离输送;全尾砂膏体配合比在1∶4~1∶12时,28 d单轴抗压强度达到1~4 MPa.室内实验初步表明该矿山可以采用全尾砂膏体充填方案.     

尾砂级配的混沌优化

采用分形理论研究分级尾砂的级配.计算国内外大量矿山尾砂材料的分形参数,研究尾砂的分形级配与其胶结强度的关系.采用神经网络建立尾砂胶结强度与水泥质量分数、料浆浓度、尾砂颗粒分维数、孔隙分雏数及分维数相关率的知识库模型.研究结果表明,尾砂胶结强度与其分形级配相关;随着尾砂颗粒间孔隙分雏数减小,充填体强度增高;尾砂分雏数相关率越大,充填体强度越大.用所建立的神经网络知识库模型,利用Logistic迭代方程的混沌遍历特性,采用混沌优化方法研究使充填体达到最佳强度的选矿尾砂最优分级.根据采场脱水工艺,应用该方法,获得安庆铜矿选矿尾砂的最佳级配参数.工程应用结果显示,该方法年增加尾砂用量2.87万t,胶结充填体强度提高8%,为矿山年节约充填成本55.8万元.     

全尾砂充填材料组份含量优化的试验研究

对砂胶比 30∶1(固体浓度 82 % )的全尾砂膏体充填材料的无测限单轴抗压强度 (特别是细粒级尾砂含量和石灰含量的优化 )进行了试验研究 结果表明 :充填体中细粒级尾砂含量越大 ,需要更多的石灰才能达到 3d和 7d目标强度 ;石灰含量从 1.0 %增加到 7.0 % ,细粒级尾砂含量从 2 5%增加到 50 % ,充填体 2 8d目标强度都容易达到 表 1,图 1,参 3     

冲击载荷下胶结充填体的力学性能及能耗特征

为得到中等应变率下全尾砂胶结充填体动态力学性能及破坏规律,采用分离式霍普金森杆(SHPB)试验技术对全尾砂胶结充填体进行了冲击加载试验.试验结果表明:充填体的动态抗压强度及动态抗压强度增长因子随平均应变率的增加均呈线性增长规律,灰砂比越高,充填体的动态抗压强度越大,但动态强度增长因子越小;充填体的韧性指数与平均应变率对数具有显著的正相关性,与静态加载下相比,韧性指数呈几何倍数递减;动载冲击下,充填体的破坏形态主要为轴向宏观主裂缝拉伸破坏及压碎破坏,当平均应变率高于临界值时,充填体破坏形态为压碎破坏;在相同应变率作用下,充填体的单位体积吸收能和单位质量充填体破碎耗能随着平均应变率的增加呈指数函数增长规律,水泥含量越高的充填体具有越高的破碎耗能及单位体积吸收能,且破坏损伤程度越小.     

混合型缓冲回填材料劈裂抗拉强度尺寸效应统计分析

高放废物深地质处置库中的混合型缓冲回填材料是由膨润土和各类掺合料压实而成的多相复合材料,在多组分混合与压制过程中其内部孔洞、微裂隙等缺陷随机分布,即使在相同试验条件下其抗拉强度值也表现出较大的变异性。为阐明试验试样厚径比对混合型缓冲回填材料劈裂抗拉强度的影响规律,针对不同厚径比试样开展了大量的巴西劈裂试验,探讨了不同厚径比试样抗拉强度统计特征及分布概型。结果表明：混合型缓冲回填材料试样劈裂抗拉强度与圆盘厚径比呈显著的幂函数关系,显著性检验结果小于0.05。混合型缓冲回填材料劈裂抗拉强度的均值、极差、标准差及变异系数都呈现出明显的尺寸效应。圆盘厚径比为1.0时,劈裂抗拉强度的极差、标准差及变异系数均最小,从统计特征来看,建议进行巴西劈裂试验时圆盘厚径比设定为1.0。根据K-S检验和有限比较法知圆盘厚径比不同,劈裂抗拉强度最优分布概型也不相同。常用的4种概率分布形式中的正态分布和威布尔分布能更好的描述混合型缓冲回填材料劈裂抗拉强度分布规律。     

相变材料对温拌沥青混合料路用性能及微观机理的影响

为研究相变材料DTC对温拌沥青混合料路用性能的影响,通过马歇尔稳定度试验、冻融劈裂试验、小梁弯曲试验、电子显微镜试验以及核磁共振试验,研究了不同DTC掺量下相变温拌沥青混合料的高温、低温、水稳性能的影响规律及其微观机理。结果表明：马歇尔稳定度值、小梁抗弯拉强度值与DTC掺量符合线性关系,通过t检验和F检验可知,短期老化对劈裂抗拉强度比的均值和方差无显著影响,长期老化对劈裂抗拉强度比的均值影响显著,对方差无显著影响。电子显微镜和核磁共振的研究发现：随着DTC掺量的增多,试件内的孔隙越来越多,但孔径分布及其峰值主要集中在0.01um-1um之间,孔隙度也在增大,这也正是DTC掺量越大,马歇尔稳定度值、劈裂抗拉强度值和小梁抗弯拉强度值下降越多的主要原因。通过灰色关联度分析获知,老化对沥青混合料路用性能的关联度影响甚微。因此,DTC掺量对沥青混合料的路用性能影响由大到小依次是马歇尔稳定度、抗弯拉强度、劈裂强度;相关性分析表明,沥青混合料微观结构特性与其宏观性能的相关系数都在0.77以上,宏细观性能紧密关联。     

正交异性钢-RPC组合桥面板弯拉强度的实验研究

正交异性钢桥面一直面临疲劳开裂和铺装损坏的严重问题.为了改善桥面板受力状态,提出了一种新型的正交异性钢板薄层活性粉末混凝土(RPC)组合桥面结构体系.通过纵向足尺节段实验和横向受弯实验,表明新型组合桥面体系的抗弯拉强度远大于设计荷载下的拉应力,而重量与传统铺装持平.横向受弯实验结果证明,截面配筋率和截面有效高度对组合桥面结构抗弯拉强度影响很大,截面配筋率提高一倍和两倍,RPC的抗弯拉强度分别提高15%和40%.同样,截面有效高度增大20%,不同截面配筋率下RPC的抗弯拉强度提高30%～50%.因此,提高截面配筋率或截面有效高度能大幅降低组合桥面结构开裂破坏的风险.     

C194铜合金薄板激光弯曲试验及力学性能分析

采用脉冲激光对C194铜合金进行激光弯曲成形试验,研究激光参数对弯曲角度的影响规律,并对弯曲前后试件的抗拉强度、载荷位移曲线、显微硬度、表面形貌和表面粗糙度进行对比分析.结果表明:板料弯曲角度随激光功率、离焦量的增大呈先增大后减小的趋势,随扫描速度的增大而减小,随扫描次数的增加而逐渐增大,且扫描次数较少时,两者呈近似线性关系;激光弯曲成形后的试件抗拉强度,随激光功率的增加呈逐渐减小趋势,但低功率条件下的晶粒细化效果反而提高了成形件的抗拉强度;成形后试件扫描区硬化作用并不明显,平均硬度比母材仅提高了3.3％;激光弯曲工艺产生的不均匀温度场使板料面粗糙度和x,y向截面粗糙度均有不同程度的增加.     

充填体应力分布理论分析及数值模拟对比研究

考虑充填采场上下盘倾角不等,以及围岩与充填体交界面处由于剪切摩擦作用力会发生主应力方向的偏转,在土力学理论的基础上,引入考虑主应力方向发生偏转时的侧压力系数;同时考虑水平微分单元体的受力平衡,推导得出了充填体中的竖向应力解析表达式.研究表明:考虑主应力方向发生偏转时的侧压力系数随采场高度发生变化;当充填采场下盘倾角相同时,上盘倾角越大,由围岩与充填体交界面处摩擦力引起的主应力方向偏转程度越小,成拱效应越不显著;充填体与围岩交界面处的摩擦角对充填体内部的成拱效应影响较大,而充填体的内聚力对成拱效应影响相对较小.     

UHPC加固箱梁顶板受弯性能试验研究

提出密配筋UHPC(超高性能混凝土)加固钢筋混凝土箱梁顶板方法,以消除混凝土箱梁顶板因开裂导致结构承载能力和耐久性普遍降低两类病害.为探究该加固方法在集中荷载下的箱梁顶板横向受弯性能,对3块足尺箱梁顶板局部模型进行试验研究.试验结果表明:负弯矩作用下,受拉的UHPC层显著提高了加固板的抗裂性能和刚度;加固试验板的开裂强度取决于UHPC的弹性抗拉性能;裂缝宽度为0.2mm时的持荷水平相对于未加固试验板提高了255.8%;当裂缝宽度小于0.27mm时,荷载与最大裂缝宽度关系近似线性.正弯矩作用下,UHPC层受压,加固试验板的开裂强度取决于封闭裂缝所用黏胶的抗拉强度;因为普通混凝土区域裂缝出现较早,正弯矩加固板在前期表现出略微偏大的挠度,但后期挠度和裂缝宽度的增长速度均明显小于未加固板,致密的UHPC层为箱梁顶板提供良好的防水性能,加固层对正弯矩试验板刚度的提高和裂缝发展的控制效果较为明显;破坏形态符合预期,破坏荷载与理论计算结果吻合良好.     

加荷速率与受力状态对高水材料凝结体力学参数的影响

针对高水材料凝结体在不同加荷速率及不同受力状态下的强度参数,选用水灰比为6∶1(含水率86%),研究当加荷速率变化时,高水材料凝结体抗压、抗拉及抗弯强度参数的变化情况。通过进行高水材料凝结体在不同加荷速率下的单轴压缩实验、拉伸实验和弯曲实验。实验结果表明,材料在单轴压缩时会因挤压而有一定程度的失水,同时材料表现出弹-塑性的特点。在拉伸和弯曲时,无出水情况,试样从中部直接被拉断。随着加荷速率的增大,高水材料凝结体的抗压、抗拉和抗弯强度都增大。在同一加荷速率下,高水材料凝结体的抗压强度抗弯强度抗拉强度。     

Sensing Property of Carbon Nanotube Yarn Embedded in Ethylene Vinyl Acetate (EVA) Elastomer

Carbon nanotube (CNT) has remarkable piezoresistive properties,which makes its extremely sensitive to the mechanical force. In this study,the CNT yarn with the strength of 90 MPa and the strain sensing gage factor of 1.75 was selected and embedded into the ethylene vinyl acetate (EVA) elastomer as a sensing material.By measuring the electric resistance changing under the stretching,bending,longitudinally and transversely compressing of the CNT embedded EVA, the resistance changing curves and their linear correlations were obtained and analyzed. The result shows that the gage factor under the tensile test is the highest( 2.51),which is higher than the original value of CNT yarn (1.75). The gage factors of the CNT yarn embedded into EVA elastomer under bending and longitudinal and transverse compression are 2.29,1.55 and 0.79,respectively.