基于声波波速测试充填体质量试验研究

通过试验分析了充填体抗压强度与声波波速之间的对应关系,在此基础上,应用线性回归数学知识建立了以充填体纵波波速为输入变量,以充填体单轴抗压强度为输出变量的数学模型,利用该模型预测充填体的抗压强度,为充填体综合质量评价提供最有力的研究依据。     

高应变率下灰砂比对全尾胶结充填体力学性能影响

为研究采矿扰动下灰砂比对全尾胶结充填体力学响应,预制了三组不同灰砂比的全尾砂胶结充填体试件,利用ф50 mm SHPB试验系统,对预制试件进行单轴冲击试验,试验结果证明:全尾砂胶结充填体对弹性波传播有较强的反射和阻尼作用;在较高应变率下,试件强度则表现出快速软化;软化试件在18μs左右即达到峰值应力;试件动态抗压强度等参数变比均随应变率的增加而增大.灰砂比越高,试件的极限动态抗压强度等参数越大;在相同应变率下,试件的动态抗压强度等参数的增加反而降低.试件的破坏形式为压碎破坏,在相同应变率作用下,水泥含量越少,试件的破坏程度越高.     

再生顶板破碎岩石胶结体力学特性实验

本文以州景矿破碎巷道围岩为例,通过室内试验研究破碎岩石在胶结后的强度特性,利用RMT-150岩石力学实验系统对试件进行单轴压缩试验,并分析其影响因素,制作了破碎岩石重组水泥胶结试件。结果表明:胶结对破碎岩石的结构和强度特性具有显著影响,胶结后的破碎岩石抗压强度显著提高,被胶结的块体强度和破碎程度是影响胶结体强度的主要因素;被胶结的块体单粒径、粒径级配对胶结体强度有明显的影响,抗压强度随岩块粒径大小的变化而变化。通过对不同条件下破碎岩石的胶结体强度影响因素进行分析,为州景矿再生顶板支护研究提供参考依据。     

含硫充填体膨胀裂隙发育特性与单轴抗压强度的关联分析

含硫胶结充填体随着养护龄期的延长会出现膨胀开裂现象,存在明显裂隙的充填体试件再进行单轴抗压强度测试其结果十分离散,已不能有效地获得充填体力学参数.在室内进行配比试验,采用数字图像处理技术对得到的充填体表面裂隙图像进行二值化、去噪等预处理,而后计算其分形维数并分析其演化规律,且将分形维数与单轴抗压强度关联分析.研究结果表明:充填体试件面表的裂隙存在自相似性,表面裂隙越发育,其分形维数越大;分形维数与单轴抗压强度存在负相关关系,分形维数越小,其单轴抗压强度越高;分形维数可判别含硫充填体试件的完整性,当充填体表面裂隙的分形维数小于某阈值时,强度试验的结果更为可靠.     

阶段嗣后胶结充填体矿柱强度模型研究与应用

利用滑楔体极限平衡理论,建立胶结充填体矿柱侧向滑移失稳模型,考虑采场结构参数、充填材料自身特性和充填体-矿岩(柱)接触面特性的影响,分别得出胶结充填体矿柱与矿壁和非胶结充填体矿柱接触时所需强度模型。以中关铁矿为工程分析实例,开展室内充填配比试验。研究结果表明:当胶结充填体矿柱后壁与矿壁和非胶结充填体矿柱接触时,胶结充填体矿柱所需强度随阶段高度的增加分别呈对数函数和线性函数增长;中关铁矿胶结充填体矿柱所需强度为0.78~0.82MPa,经典强度设计模型计算值偏小,需选取安全系数为1.5~3.0;推荐中关铁矿使用的充填配比为灰砂比1:10、料浆质量分数70%,抗压强度、泌水率、塌落度和流动度均能满足采矿作业需求,水泥用量与原推荐方案相比可降低45.7%。     

季冻区水泥土的强度预测模型与变形特征

为了研究季冻区水泥土的强度与变形特征,推动其在寒区设施农业与新农村建设中的应用,以内蒙古黄河灌区周边典型的粉砂土为主要骨料,以硅酸盐水泥为胶凝材料,采用机械压实和人工击实方法分别制作了高径比为1和2的圆柱体试件,利用WDW-50微机控制电子式万能试验机开展单轴抗压室内试验。对比研究了两种成型试件的强度变化规律,建立了相应的强度预测模型;并对其破坏形态、破坏应变和变形模量开展了分析。试验结果表明：两组成型试样具有相似的强度变化规律,强度预测模型的建立需要精细化研究;高径比与水泥掺量的变化对破坏形态、破坏应变影响很大,试样的变形模量与无侧抗压强度基本满足线性关系。     

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.     

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.     

超细全尾砂新型胶结充填料水化机理与性能

针对全尾砂含泥质量分数较高、粒度低的特点,根据充填体作用机理,实验制备出以水淬渣为主要胶凝组分的全尾砂胶结充填材料.利用X线(XRD)和扫描电镜(SEM)对该充填材料的水化产物和微观结构进行研究.研究结果表明:该新型充填料克服水泥全尾砂充填体强度低、充填砂浆黏度大以及成本高等技术难题,抗压强度R28=5.30 MPa是水泥胶结材料的4.7倍,满足矿山充填要求.所配制的充填料有良好的流动性,可以实现浆体自流输送.新型胶结材料的主导水化产物为钙矾石和C-S-H凝胶.大量钙矾石在水化初期形成,是原材料具有较高早期强度的主要因素;钙矶石微观形貌特征为网状或针棒状结构,随着养护时间的增加,水化产物不断发育长大,孔隙逐渐被填充,浆体结构更加致密,具有良好的力学特性.     

基于声波测速的充填体完整性检测

为检测水泥-尾砂充填体内部构造和力学性能,采用钻芯法从采场充填挡墙或相应部位施工覆盖整个采场的地质孔取样,使用SY-1型声波仪对样品进行声波测试,通过配套软件分析波形和频谱.结果表明:波速和动弹性力学指标的差距源自强度和疏密构造差异;虽不同充填体声波波速不同,但其声波波形和频谱成分基本相同;声波延时长、主频集中、频谱较简洁且振幅较高,反映出充填体内部夹杂、孔洞和空穴等缺陷少,结构较完整.     

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。     

巷旁泵送煤矸石胶结充填材料的应用

为了充分发挥煤矸石在煤矿井下巷旁支护过程中的作用开展了某矿井煤矸石相关物理性质测试试验研究了不同水灰比、外加剂对煤矸石胶结充填材料的坍落度、单轴抗压强度及初凝时间的影响。试验研究表明水∶水泥∶粗骨料∶细骨料∶外加剂＝1∶2∶5.6∶1.6∶0.02为现场沿空留巷巷旁泵送充填最佳配合比。在该配合比条件下煤矸石胶结充填材料的坍落度、28 d单轴抗压强度及初凝时间分别为210 mm、20.8 MPa、224 min能较好地满足现场支护要求并发现该配合比条件下的胶结充填材料实际初凝时间较室内提前约50 min。     

水泥土的超声波特性研究

通过对120 d龄期下不同水泥掺和比的水泥土进行超声波测试,利用FFT分析方法对信号进行频谱分析,获得水泥土超声波的频谱特征曲线.结合波速、波形与频谱特性来综合判断水泥土的质量和强度,得出最优水泥掺和比范围.     

基于指标满意度的充填配比正交优化试验

建立基于指标满意度的多指标正交试验综合评价模型,选取质量浓度、灰砂比、粉煤灰掺量、减水剂掺量等4个因素,进行4因素3水平的正交试验,选取充填体28 d单轴抗压强度、28 d抗拉强度、塌落度、成本等4个指标进行基于指标满意度的多指标综合评价及敏感性分析.试验结果表明:质量浓度、灰砂比、粉煤灰掺量、减水剂掺量对充填体质量的敏感度分别为0.217、0.252、0.032和0.060,即灰砂比对充填体质量的影响最大;质量浓度对充填体质量有着明显的影响;粉煤灰掺量及减水剂掺量对充填体质量的影响相对较小.     

水泥土强度与超声波试验研究

本文通过室内抗压实验及超声波波速实验的方法,对不同水泥掺入比下水泥土的力学性能进行了研究,获得了水泥土材料棱柱体抗压强度与立方体抗压强度之间的关系,以及抗压强度与波速之间的关系式。     

不同尺寸混凝土试件受压状态下超声波传播特性研究

研究了不同尺寸混凝土试件在单轴压应力作用下,超声波波速的变化规律.试验所用试件有3种:采用大坝原级配最大骨料粒径为80 mm的棱柱体试件以及相应的湿筛混凝土试件,尺寸分别为25 cm×25 cm×50 cm、15 cm×15 cm×30 cm、10 cm×10 cm×20 cm.通过试验首先得到了加载过程中波速变化与应力水平的关系,然后基于超声波波速定义了损伤变量以评价加载过程中混凝土的损伤程度,并且根据试验提出了一种使用超声波法估测复杂应力下混凝土裂缝开展的方法.试验分析表明,混凝土内超声波衰减规律与骨料尺寸和数量以及试件尺寸等因素有关,所得结论对于评估大体积混凝土结构在复杂应力条件下损伤演变具有一定的应用价值.     

纤维增强水泥土力学性能试验研究

纤维加筋技术是一种新式的改良土体方法,能够有效地提高土体力学性能。选取聚丙烯纤维和水泥作为加筋稳定材料,将纤维的物理加筋作用和水泥的化学加固作用相结合,开展无侧限抗压强度(UCS)试验,研究了纤维加筋稳定土的强度力学特性与应力-应变性状。通过试验,研究了不同水泥掺量(6%、8%、10%)、纤维掺量(0.15%、0.3%、0.45%)及不同龄期(3 d、7 d、14 d)对试样强度的影响。试验结果表明,水泥和纤维的掺入均能够提高土体的强度,纤维的加入使纤维加筋水泥土试样由脆性破坏模式向塑性破坏模式转变。     

低掺量水泥改善级配碎石力学和收缩规律分析

为了研究低掺量水泥改善级配碎石力学和收缩性能规律,提高对低水泥掺量基层结构的认识,通过不同龄期与水泥掺量下的无侧限抗压强度、劈裂强度、加州承载比、抗压回弹模量和干燥收缩等试验,揭示了力学和收缩变化的规律,建立了强度和模量等四个力学参数随龄期和水泥掺量变化的对数增长预测模型,以及上述参数对应龄期之间的相互转化关系模型。研究结果表明龄期和水泥掺量对混合料力学和收缩性能影响显著,推荐水泥掺量在2.0%~2.5%范围内较为合适。     

水泥浆凝结硬化时内部结构与超声频谱的变化

论述了超声脉冲穿过硬化过程中的水泥浆时超声频谱的变化,并分析了声速,频率幅值与水泥浆期龄之间的关系。实验证明超声频率是观察硬化水泥浆早期结构的变化及测定水泥凝结时间的有效方法。