减水剂对全尾砂膏体屈服应力影响的时间效应

为了给计算长距离充填管道的阻力提供依据,对全尾砂膏体进行流变实验,研究加减水剂后全尾砂膏体屈服应力随时间的变化规律。研究结果表明：当膏体质量分数为80%、减水剂掺量为0.03%时,灰砂比(质量比)为1:4,1:6和1:10的膏体屈服应力比无减水剂的对照组分别降低49.3%,43.7%和37.4%,但随后有所上升。加入减水剂后,反应2 h时,灰砂比为1:4,1:6和1:10膏体的屈服应力分别比零时刻时的屈服应力增加了35.6%,15.2%和19.8%,但分别比对照组的低33.0%,28.0%和19.4%。灰砂比1:4、无减水剂时膏体屈服应力在反应2 h内仅增加6.3%。加减水剂后膏体屈服应力先降低后上升的原因是水化反应消耗了膏体中的自由水,减水剂的分散作用增大胶凝材料与水接触面积,加快水化反应和自由水的消耗,部分减水剂被水化产物覆盖而失去分散作用。建议根据膏体在管道内的输送时间,以加减水剂后膏体的长期屈服应力来计算管道阻力。     

用颗粒流模拟技术模拟固化时间对胶结膏体细观参数的影响

Several special mechanical properties, such as dilatancy and compressibility, of cemented paste backfill (CPB) are controlled by its internal microstructure and evolution. The mesoscopic structure changes of CPB during the development process were investigated. On the basis of the scanning electron microscopy (SEM) and mechanical test results of CPB, the particle size information of CPB was extracted, and a two-dimensional particle flow code (PFC) model of CPB was established to analyze the evolution rule of mesoscopic parameters during CPB development. The embedded FISH language in PFC was used to develop a program for establishing a PFC model on the basis of the SEM results. The mesoscopic parameters of CPB samples at different curing times, such as coordination number (C_n), contact force chain, and rose diagram, were obtained by recording and loading and used to analyze the intrinsic relationship between mesoscopic parameter variations and macroscopic mechanical response during CPB development. It is of considerable significance to establish the physical model of CPB using the PFC to reveal the mesoscopic structure of CPB.     

基于全尾砂级配的膏体新定义

基于全尾砂特性的不同,提出定量化具有普遍性和工程应用性的膏体新定义。运用八因素十水平均匀设计方案研究不同尾砂粒级组成对浆体泌水率的影响。研究结果表明：当全尾砂颗粒半径超过70 μm时,颗粒基本不具有保水性能;粒度为20~98 μm的尾砂颗粒对浆体的泌水性能影响较大,尤其是粒度为20~37 μm的尾砂颗粒;膏体新定义的提出使不同矿山不同特性全尾砂所能配制的膏体得到了统一规范化和定量化。     

颗粒摩擦因数对胶结砂岩力学特性的影响

为确定胶结砂岩的力学参数,探讨岩体破坏机理,采用细观力学分析方法,建立三维颗粒流数值模型,对胶结砂岩的剪切特性进行模拟。根据应力应变曲线以及平行黏结分布和接触网络变化说明胶结砂岩不同于无黏结砂岩的破坏机理,验证数值模型的可行性,分析不同胶结半径比的砂岩模型的应力比、体应变、配位数和平行黏结破坏数的变化规律。计算结果表明：胶结半径一定时,不同摩擦因数对岩样宏观力学特性的影响不同,特别是随着胶结半径比的减小,颗粒间摩擦力在胶结砂岩受力过程中占主导作用,对砂岩抗剪能力起着决定作用,不同摩擦因数对胶结砂岩力学特性的影响较大。颗粒摩擦因数对胶结砂岩数值试验中的力学行为有着重要的影响,是准确选择三维颗粒流模型细观参数的关键。     

尾砂膏体充填体在冲击载荷作用下的长期力学行为及特性

Cemented tailings backfill(CTB)structures are important components of underground mine stopes.It is important to investigate the characteristics and dynamic behavior of CTB materials because they are susceptible to disturbance by dynamic loading,such as excavation and blasting.In this study,the authors present the results of a series of Split-Hopkinson pressure bar(SHPB)single and cyclic impact loading tests on CTB specimens to investigate the long-term dynamic mechanical properties of CTB.The stress-strain relationship,dynamic strength,and dynamic failure characteristics of CTB specimens are analyzed and discussed to provide valuable conclusions that will improve our knowledge of CTB long-term mechanical behavior and characteristics.For instance,the dynamic peak stress under cyclic impact loading is approximately twice that under single impact loading,and the CTB specimens are less prone to fracture when cyclically loaded.These findings and conclusions can provide a new set of references for the stability analysis of CTB materials and help guide mine designers in reducing the amount of binding agents and the associated mining cost.     

不同颗粒级配透明黏土的固结与渗透特性

为可视化研究黏土固结过程中的内部变形,需要制配与黏性土固结特性变化规律相似的透明黏土.选用无定形硅粉与白矿物油和正十二烷混合液制配出能够模拟黏性土固结的透明黏土,并对不同颗粒级配下的透明黏土进行了渗透试验和压缩固结试验.研究结果表明:透明黏土的e-lgk,C_v-p,E_s-p曲线变化规律与天然黏土相似;并且土体的黏粒含量越高,渗透系数越小,固结系数越小,压缩性越高.透明黏土在固结与渗透变化规律方面与天然黏土的这种相似性,说明了透明黏土用于定性模拟天然黏土固结变形的可行性.     

颗粒形状对钙质砂最终级配影响的试验研究

为探究颗粒形状对大剪切应变条件下钙质砂最终级配的影响,采用环剪仪和Morphologi G3对取自我国南海的钙质砂进行了一系列环剪试验和颗粒形状分析。试验结果表明:钙质砂在剪应力作用下发生颗粒破碎导致其级配变化,当环剪的剪应变达到50 000%时,钙质砂级配趋于稳定;级配稳定的钙质砂试样被替换成未发生过破碎的相同级配钙质砂试样后,由于替换前后颗粒的形状不同,导致试样在剪应力作用下继续发生颗粒破碎,试样重新稳定时颗粒级配分形维数相较于原稳定状态时的分形维数有一定程度的增加。     

考虑颗粒级配影响的高聚物改良钙质砂抗剪强度特性试验研究

基于南海某岛礁典型回填工程面临的钙质砂问题,提出采用环保固化剂高聚物对钙质砂地基进行加固。制作不同级配、不同高聚物含量的固化钙质砂试样,开展一系列直剪试验和SEM微观结构试验,研究高聚物固化钙质砂的抗剪强度、粘聚力、内摩擦角等参数随着高聚物掺量和颗粒级配变化的演变规律,以及高聚物改良钙质砂力学性能的微观机理。试验结果表明,随着高聚物掺量的增加,高聚物改良钙质砂的抗剪强度明显增大,试样的剪应力-位移曲线由硬化特征逐渐呈现为软化特征;高聚物主要通过影响钙质砂的粘聚力来改变其抗剪强度,对内摩擦角的影响十分有限;钙质砂中粗颗粒含量越多,其孔隙越大,高聚物改良钙质砂的反应越明显,对其强度的提升作用也越明显; 高聚物主要包裹在钙质砂颗粒表面或填充于颗粒之间,从而改变钙质砂材料原本的力学性质,使得土体的抗剪强度明显增长。     

颗粒刚度变化对胶结砂岩力学响应的影响

为分析胶结砂岩的力学响应和破坏机理,基于试验建立不同刚度比的三维颗粒流数值模型,验证数值模型的可行性,并分析不同胶结性状的砂岩力学响应,进一步说明胶结物质的重要作用及模型的适用性.分析颗粒接触刚度比和平行黏结刚度与颗粒接触刚度的比值变化时,砂岩的应力比、体应变、配位数和平行黏结破坏数的变化规律以及对模型的泊松比、初始刚度和延性的影响.结果表明:不同的颗粒刚度比对岩样宏观力学响应的影响不同,颗粒接触刚度比越小,且切向刚度越大时,胶结砂岩的脆性越强;平行黏结刚度与颗粒接触刚度的比值越大,脆性越强,黏结破坏越容易,剪切破坏越明显.颗粒刚度对胶结砂岩的力学响应和变形能力有重要的影响,是实际储层砂岩力学模拟选择有效细观参数和构建本构关系的关键.     

考虑级配影响的堆石料力学特性研究

基于分形理论,分别进行了8组级配堆石料的相对密度试验及室内大型三轴压缩试验,试验之后对部分级配进行筛分处理,分析了堆石料不同级配制样分形维数与试样干密度、破碎率、强度特性、破坏比、初始切线模量参数以及体积模量参数之间的规律,建立了堆石料邓肯E-B模型参数与制样分形维数之间的函数关系式,并选用一组级配的三轴试验结果验证函...     

APAM对全尾似膏体及其管道输送流变特性的影响

为探究添加阴离子型聚丙烯酰胺(APAM)前后,全尾似膏体浆料及其管道输送的流变特性,构建考虑屈服应力、稠度系数和流变指数的屈服伪塑性体流变模型,并推导管道输送的沿程阻力计算公式。以某铅锌银矿质量分数为70%的全尾似膏体浆料为例,进行6组室内恒定剪切流变试验,对比添加APAM前后浆料的切应力和表观黏度的变化,并预测沿程阻力。研究结果表明：添加APAM后,浆料的平衡切应力和平衡表观黏度均大于添加APAM前,且剪切速率越大,浆料的平衡切应力和平衡表观黏度增加比例越小;添加APAM后,浆料的沿程阻力损失比添加APAM前多13.16%。     

粒度分布对胶结砂岩力学特性的影响

储层出砂过程中砂岩颗粒的离散与其细观结构性有密切关系。以胶结砂岩为研究对象,基于三维颗粒流数值模型(PFC3D)建立4种不同粒度分布的数值模型,模拟剪切过程的砂岩力学响应,研究不同粒度分布的砂岩体应力比、体应变、配位数和黏结破坏与轴应变之间的关系。结果表明:粒度分布对砂岩力学特性的影响较大,仅基于随机方法产生颗粒建立的数值模型不能完全代表实际砂岩的物理结构。须根据实测的砂岩粒度分布建立三维数值模型,才能准确描述储层砂岩的力学特性。粒径越小,连接的颗粒越少,自由度越大,开采中成为离散颗粒的可能性越大。     

膏体搅拌过程中多尺度颗粒体系的流变特性:综述

膏体充填技术是实现矿山绿色开采的有效手段,搅拌是膏体充填技术的关键环节。搅拌环节的目标是制备满足不分层、不离析、不脱水特性的膏体。膏体作为一种多尺度颗粒体系,膏体均质化制备是搅拌环节面临的挑战之一。搅拌制备过程中的高剪切、高浓度与多尺度,使充填料浆表现出复杂的流变特性。为此,通过系统综述多尺度颗粒体系的颗粒间细观力学与结构演化的研究进展,探讨了不同影响因素对膏体流变特性的作用效果,从宏观与细观层面梳理了膏体的流变模型,明确了细观力学作用与结构演化是膏体流变特性发生变化的根本原因,由此提出了膏体制备存在的问题与未来发展趋势,以期改变膏体充填实践先行理论滞后的局面。     

矿渣微粉细度对胶结充填体强度的影响

酒钢矿渣属于酸性低活性矿渣,为了激发其潜在活性,解决其强度低的问题,采用机械活化的方式,将熙金公司生产的原状渣粉粉磨1.0 h和1.5 h,以获得不同细度的渣粉,对其进行粒度和微观分析,并在此基础上探究渣粉细度对胶结充填体强度的影响。试验表明:随着粉磨时间增加,矿渣微粉粒径迅速减小,粉磨1.5 h后的矿渣微粉平均粒径从24.31μm减小到12.26μm,降幅达到49.6%;微观分析表明,机械粉磨主要是对矿渣颗粒的粒径和表面形貌产生影响,不会改变其内部晶体结构及物相组成;胶结充填体的强度随着渣粉细度的增大而增大,粉磨1.0 h的中细渣粉3 d、7 d和28 d强度较之于原状渣粉分别提高了33.3%、30%和9.3%,粉磨1.5 h的超细渣粉3 d、7 d和28 d强度较之于原状渣粉分别提高了63%、53.6%和35.2%。     

颗粒级配对火山灰力学特性影响的试验研究

以吉林省靖宇县的黑色、红色两种火山灰为原材料,分别配制了5种不同级配的试样.通过土粒相对密度、矿物成分与颗粒形态、直接剪切和固结试验分析,得到该火山灰材料的土粒相对密度、化学成分、颗粒形态、剪切强度、压缩性等物理力学特性,并分析了5种级配的中值粒径d50和不均匀系数cu对火山灰剪切强度的影响.靖宇火山灰主要由泡沫状的火山玻璃组成,未经历过长期水力、风力的磨圆作用,颗粒棱角分明,其剪切特性与干沙土类似,内聚力很小,剪切强度受级配的影响较大.在配制的5种级配曲线的粒径范围,试样的内摩擦角随着中值粒径d50的增大而增大,不均匀系数cu对试样内摩擦角的影响较小.     

基于离散元法的级配特征对颗粒柱坍塌的流动性影响研究

为了研究不同级配特征对颗粒柱坍塌流动性的影响规律,采用标准差描述级配曲线,构建不同级配特征试样以开展颗粒柱坍塌离散元数值试验,分析了不同级配特征颗粒柱的迁移率和归一化堆积高度,并着重从平均配位数和能量的角度阐明了颗粒柱具有高流动性的原因.研究结果表明:当纵横比小于临界纵横比时,颗粒柱坍塌的方式以滑动为主;反之,以倾倒为主;当标准差小于0.2时,颗粒柱的迁移率和归一化堆积高度逐渐减小.矮柱工况下归一化耗散能随标准差增加而增加;而当纵横比小于1.0时,平均配位数随标准差增加而呈现递减趋势.随着标准差增大,颗粒柱坍塌过程中耗散能降低,而平均配位数随之增加,阐明了流动性随之增加的细观机制.     

级配对矿质颗粒体离析的影响研究及应用

 为取得不易离析的路面颗粒材料,开展了级配对矿质颗粒体离析的影响研究。首先通过实验研究,确定反映路面颗粒材料离析的试验方法;然后应用级配设计理论,设计不同级配参数的矿质颗粒体,根据各颗粒体离析试验结果,采用级配设计参数与表征颗粒体粒径分布的平均粒径与粒径分散系数,分析颗粒体级配与其离析程度的关系。研究发现,最大粒径相同的颗粒体,平均粒径和粒径分散系数存在离析程度最小的临界值,超出此临界值的颗粒体离析程度变大;临界值对应的级配为次级粒径颗粒填充上级粒径颗粒空隙时,留下适当空间的级配;且平均粒径和粒径分散系数存在良好对应关系,粒径分散系数随平均粒径的增大而减小。另外,对比分析了矿质颗粒体离析试验与沥青混合料施工离析的对应关系。     

考虑级配影响的粗粒料压缩破碎特性试验

采用分形维数和级配宽度作为级配的量化指标,通过粗粒料的侧限压缩试验,研究级配对密实粗粒料的堆积、变形以及破碎特性的影响规律。试验结果表明,粗粒料的最大干密度和低应力下的压缩模量均随着分形维数的增大先增大后减小,在分形维数为2.2附近存在极大值;同时,两者均随着级配宽度增大而增大。粗粒料的破碎强度可通过双对数坐标下的拐点表征,破碎强度随着分形维数与级配宽度的增大而增大;破碎强度越高,颗粒破碎率越小;不同级配的粗粒料充分破碎后的最终级配都收敛于唯一的分形分布。     

氯盐和硫酸盐对遗址土体颗粒级配和界限含水率影响的对比

为了探讨盐分对遗址土体颗粒级配和界限含水率的影响,通过室内试验,对洗盐后的素土分别以0(素土),0.2%,0.4%,0.6%,0.8%,1.0%的梯度加入NaCl,Na_2SO_4两种可溶盐,测试特定盐分质量分数和类别的含盐土的颗粒粒径分布和界限含水率的变化.试验结果表明:盐分对遗址土体的颗粒级配有一定的影响,尤其对黏粒占比的变化影响显著,随着盐分质量分数的增大,分布在细粉粒和黏粒范围内的颗粒占比相对减小,分布在粗粉粒和砂粒范围内的颗粒占比相对增加,并且Na_2SO_4盐对土体颗粒级配的影响比NaCl盐的显著;随着盐分质量分数的增大,含盐试样的液限含水率、塑限含水率以及塑性指数均逐渐减小,试样由粉质黏土变为粉土,由于盐分的加入,盐分作为电解质对土粒产生团聚作用,黏粒被吸附,使得试样中黏粒占比相对减少.