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...     

从屈服应力角度完善膏体定义

为了确定适合工业应用的膏体浓度范围,从屈服应力角度完善了膏体定义:以屈服应力为(200±25)Pa时料浆中固相的质量分数为恰饱和质量分数,反推饱和率为101.5%~105.3%时料浆中固相的质量分数范围,即为工业应用膏体浓度.采用不同矿山的两种尾矿(1#尾矿和2#尾矿)对膏体定义分别进行室内实验和工程验证.结果表明:1#尾矿室内动态压密实验获得的底流中固相的最大质量分数为73.71%,膏体定义预测的理论膏体浓度最大值为73.89%,二者相差0.18%;2#尾矿通过深锥浓密机获得底流中固相的最大质量分数为68%,膏体定义预测的理论膏体浓度最大值为68.97%,二者相差0.97%.完善后的膏体定义对膏体浓度预测更可靠.     

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70μm时,颗粒基本不具有保水性能;粒度为20~98μm的尾砂颗粒对浆体的泌水性能影响较大,尤其是粒度为20~37μm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。     

矸石膏体粗集料级配优化试验研究

在矸石膏体充填开采中,粒径为5~25 mm的矸石占矸石膏体总质量的30%~40%,其粒径级配对矸石膏体力学性能具有重要影响。为了得到粒径为5~25 mm矸石的最佳级配,根据Talbol理论进行连续级配设计,制得矸石膏体浆料,对其可泵性进行测定;然后将其制成矸石膏体试样,标准养护28 d后,对其进行单轴压缩试验以测定其抗压强度、弹性模量等。结果表明,保持矸石、粉煤灰、水泥占膏体总质量的62.5%,29.2%,8.3%,并取粒径为0~5 mm的矸石占矸石总质量的40%时,随着Talbol幂指数逐渐增大,膏体浆料的坍落度及扩展度具有先增大后减小的变化趋势;泌水率具有逐渐增大的变化趋势;膏体试样的抗压强度和弹性模量具有先增大后减小的变化趋势。结合膏体可泵性及力学性能测定结果,当Talbol幂指数为0.5时,粒径为5~10,10~15,15~20,20~25 mm的矸石分别占矸石总质量的37.9%,8.5%,7.2%,6.4%,即为矸石膏体粗集料最佳级配。     

连续级配胶结充填体力学特性及声发射特征

基于程潮铁矿尾砂胶结充填背景,配制7组不同Talbol指数n的连续级配胶结充填体试样,开展了单轴压缩胶结充填体声发射(AE)监测试验,获取了胶结充填体强度及声发射特征参数.研究结果表明:连续级配胶结充填体的强度随n的增大呈震荡上升,达到最大值后骤然下降,当n=0.5时,连续级配胶结充填体强度最优,连续级配胶结充填体试样...     

粗粒土级配及颗粒破碎分形特性

验证颗粒质量-粒径分布分形模型用于表示粗粒土级配的适用性,研究粗粒土在不同缩尺粒径的情况下,采用不同缩尺方法缩尺后土体分形维数的变化规律;基于分形维数建立缩尺级配与原始级配之间的联系,分析不同母岩材料、级配和颗粒形状粗粒土三轴试验资料,推算粗粒土的相对破碎率,并探讨分形维数与相对破碎率的关系。研究结果表明:分形维数能定量描述粗粒土的原始级配和缩尺级配,不同缩尺方法得到的粒度分形曲线形态有较大差别,与原始级配的粒度分形曲线有不同程度的偏离,缩尺粒径越小偏离程度越大。在所研究的4种缩尺方法中,分形维数与缩尺粒径的对数呈较好的线性关系;围压越大,破碎分形维数和相对破碎率越大,试验前粗粒土的分形维数越大,剪切试验后相对颗粒破碎率越小。不同母岩、级配和颗粒形状的破碎分形维数与相对破碎率呈幂函数关系,通过分形维数和拟合参数可估算不同围压下的相对破碎率。     

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。     

膏体增稠剂底流固相分数和屈服应力的循环变化行为

The trouble-free and efficient operation of paste thickeners requires an optimal design and the cooperation of each component. When underflow discharging is suspended, alleviating the vast torque that the remaining solids within the thickeners may place on rakes mainly lies in the circulation unit. The mechanism of this unit was analyzed, and a mathematical model was developed to describe the changes in underflow solid content and yield stress. The key parameters of the circulation unit, namely, the height and flow rate, were varied to test its performance in the experiments with a self-designed laboratorial thickening system. Results show that the circulation unit is valid in reducing underflow solid fraction and yield stress to a reasonable extent, and the model could be used to describe its efficiency at different heights and flow rates. A suitable design and application of the circulation unit contributes to a cost-effective operation of paste thickeners.     

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.     

级配碎石回弹变形特性

级配碎石具有非线性的应力-应变特性,回弹模量是有效描述这一特性的参数,通过室内动三轴试验能够得到较好的模拟级配碎石回弹模量的模型。分析了影响级配碎石回弹变形特性的各种因素,并进行了试验验证。通过数据拟合发现,Uzan模型能更好地反映级配碎石的非线性回弹变形特性,且模型中的回归参数与级配中小于0.075mm筛孔的质量分数有一定的关联性。并针对影响级配碎石回弹模量的两个重要参数:级配中小于0.075mm筛孔的质量分数和含水质量分数,提出相应的取值范围建议。     

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。     

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%。     

级配碎石变形特性的试验

针对级配组成、水的质量分数及密实度等3个因素对级配碎石的影响,采用精密非粘结材料分析仪(precision unbound materials analyzer, PUMA)试验和重复荷载加州承载比(California bearing ratio, CBR)试验方法,研究了级配碎石的抗变形能力.借助累积塑性变形和弹性形变指标,对比分析2种试验异同点.试验结果表明:在荷载作用前期,级配碎石材料抗变形能力受荷载作用的影响显著,随着荷载作用次数不断增大,其影响逐渐减小;PUMA试验与重复荷载CBR试验累积塑性变形结果基本一致,而弹性应变指标存在差异;PUMA试验中弹性应变受级配碎石材料上述3个因素共同影响,重复荷载CBR试验中弹性应变受级配碎石密实度的影响;对级配碎石变形特性精度要求较低时,可选择重复荷载CBR试验研究级配碎石材料变形特性;由于PUMA设备和加载均接近实际工况,因此对级配碎石变形特性精度要求较高时,推荐选用PUMA试验测试方法.     

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数关系合理性.结果表明:级配是影响堆石料力学特性的重要因素,不同级配本构模型参数的拟合曲线相关性较好,制样分形维数的函数式可以较好地反应级配对堆石料物理力学性质的影响.     

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%。     

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.