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Microstructure Evolution and Mechanism of Strength Development of Fly Ash Paste

Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science) 2025年第1期40卷 152-163页

作者： MA Shuzhao WU Shunchuan HUANG Mingqing cheng haiyong JIANG Guanzhao NIU Yonghui LIU Zemin SUN Wei Faculty of Land Resources Engineering Kunming University of Science and TechnologyKunming 650093China Zijin School of Ge-ology and Mining Fuzhou UniversityFuzhou 350108China

Three types of activators such as sodium hydroxide,calcium oxide and triethanolamine(TEA)are used to establish different activation environments to address the problems associated with the process of activating fly ash *** conducted mechanical tests and numerical simulations to understand the evolution of microstructure,and used environmental scanning electron microscopy(ESEM)and energy dispersive spectroscopy(EDS)techniques to analyze the microenvironments of the *** mechanical properties of fly ash paste under different activation conditions and the changes in the microstructure and composition were *** results revealed that under conditions of low NaOH content(1%-3%),the strength of the sample increased *** the content exceeded 4%,the rate of increase in strength *** on the results,the optimal NaOH content was identified,which was about 4%.A good activation effect,especially for short-term activation(3-7 d),was achieved using TEA under high doping *** activation effect was poor for long-term strength after 28 *** CaO content did not significantly affect the degree of activation *** maximum effect was exerted when the content of CaO was 2%.The virtual cement and concrete testing laboratory(VCCTL)was used to simulate the hydration process,and the results revealed that the use of the three types of activators accelerated the formation of Ca(OH)_(2) in the *** activators also corroded the surface of the fly ash particles,resulting in a pozzolanic *** active substances in fly ash were released efficiently,and hydration was *** pores were filled with hydration products,and the microstructure changed to form a new frame of paste filling that helped improve the strength of fly ash paste.

关键词： paste filling fly ash activator unconfined compressive strength microstructure hydration simulation

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Resistance characteristics of paste pipeline flow in a pulse-pumping environment

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International Journal of Minerals,Metallurgy and Materials 2023年第8期30卷 1596-1607页

作者： haiyong cheng Zemin Liu Shunchuan Wu Hong Li Jiaqi Zhu Wei Sun Guanzhao Jiang Faculty of Land Resources Engineering Kunming University of Science and TechnologyKunming 650093China Key Laboratory of Ministry of Education of China for High-Efficient Mining and Safety of Metal Mines University of Science and Technology BeijingBeijing 100083China

Paste flow patterns and microscopic particle structures were studied in a pressurized environment generated by a pulse *** loop-pipe experiments and fluid-solid coupling-based simulations were *** scanning electron microscopy technique was also *** revealed that flow resistance is closely related to pipeline curvature and angle in a complex pipe *** vertical downward-straight pipe-inclined downward combination was adopted to effectively reduce the loss in resistance along with reducing the number of bends or increasing the radius of bend *** maximum velocity ratio and velocity offset values could quantitatively characterize the influences of different pipeline layouts on the *** correlation reached 96%.Particle distribution and interparticle forces affected flow *** particle states and weak interparticle forces were conducive to steady *** pump pressure led to high flow *** could improve pipe flow stability by increasing flow uniformity and particle motion *** results can contribute to safe and efficient paste filling.

关键词： pulse-pumping flow state fluid–solid coupling paste filling transportation

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A generalized nonlinear three-dimensional Hoek‒Brown failure criterion

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Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering 2024年第8期16卷 3149-3164页

作者： Jiaxin Wang Shunchuan Wu haiyong cheng Junlong Sun Xiaolong Wang Yaxi Shen Faculty of Land Resource Engineering Kunming University of Science and TechnologyKunming650093China Key Laboratory of Geohazard Forecast and Geoecological Restoration in Plateau Mountainous Area Ministry of Natural ResourcesKunming650093China Yunnan Key Laboratory of Geohazard Forecast and Geoecological Restoration in Plateau Mountainous Area Kunming650093China

To understand the strengths of rocks under complex stress states,a generalized nonlinear threedimensional(3D)Hoek‒Brown failure(NGHB)criterion was proposed in this *** criterion shares the same parameters with the generalized HB(GHB)criterion and inherits the parameter advantages of *** new parameters,b,and n,were introduced into the NGHB criterion that primarily controls the deviatoric plane shape of the NGHB criterion under triaxial tension and compression,*** NGHB criterion can consider the influence of intermediate principal stress(IPS),where the deviatoric plane shape satisfies the smoothness requirements,while the HB criterion *** criterion can degenerate into the two modified 3D HB criteria,the Priest criterion under triaxial compression condition and the HB criterion under triaxial compression and tension *** criterion was verified using true triaxial test data for different parameters,six types of rocks,and two kinds of in situ rock *** comparison,three existing 3D HB criteria were selected for performance comparison *** result showed that the NGHB criterion gave better prediction performance than other *** prediction errors of the strength of six types of rocks and two kinds of in situ rock masses were in the range of 2.0724%-3.5091%and 1.0144%-3.2321%,*** proposed criterion lays a preliminary theoretical foundation for prediction of engineering rock mass strength under complex in situ stress conditions.

关键词： Rock mechanics HoekeBrown criterion Failure criterion Intermediate principal stress True triaxial test Smoothness and convexity

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钢纤维增强尾砂胶结充填体的力学性能与损伤机制

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工程科学学报 2025年第2期47卷 234-248页

作者：熊艳碧刘晓辉程海勇吴顺川张京刘伟铧庹儒军刘泽民昆明理工大学公共安全与应急管理学院昆明650093 华北科技学院安全工程学院廊坊065201 昆明理工大学国土资源工程学院昆明650093

为探究钢纤维(SF)对充填体的力学性能与损伤破坏机制的影响,以纤维增强尾砂胶结充填体(FR–CTB)为研究对象,研究SF掺量对充填体力学性能的影响,采用数字图像相关(DIC)技术监测试件的全场应变,跟踪试件的裂纹发展,此外,从微观层面进一步... 详细信息

为探究钢纤维(SF)对充填体的力学性能与损伤破坏机制的影响,以纤维增强尾砂胶结充填体(FR–CTB)为研究对象,研究SF掺量对充填体力学性能的影响,采用数字图像相关(DIC)技术监测试件的全场应变,跟踪试件的裂纹发展,此外,从微观层面进一步研究了SF对充填体的增强机理.结果表明,随着SF掺量和养护龄期的增加,FR–CTB的单轴抗压强度、劈裂抗拉强度以及抗剪强度均表现出了不同程度的增长,SF掺量为20 kg·m^(-3)时增强效果最好,但是当超过20 kg·m^(-3)后增强效果显著降低.钢纤维的存在较大程度上约束了充填体裂隙的扩展,削弱裂隙尖端应力集中,有效阻止了裂纹的扩展,改善整个试件的变形.此外,添加钢纤维后,尾砂颗粒、纤维和水化产物形成了一个完整且更致密的结构,在加载过程中由于SF与尾砂–水泥基体之间的相互作用,SF的增强作用主要体现在桥接和拔出行为,水化产物的存在增加了SF表面的粗糙度,从而增加了SF与水泥–尾砂基体之间的摩擦力来吸收外部载荷的能量,提高FR–CTB的力学性能.最后利用SPSS曲线估计建立各龄期充填体强度计算模型,模型精度较高,可对掺钢纤维充填体强度进行预测.

关键词：尾砂胶结充填体钢纤维力学性能损伤演化微观特征

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屈服型非牛顿流体流型演化的几何判别

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中国矿业大学学报 2023年第1期52卷 1-9页

作者：吴爱祥李红程海勇北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明650093

为了精准有效识别屈服型流体的流变特征,基于其剪切应力-剪切速率响应关系,从几何学角度提出了流型转换的高效判别方法,并应用微分分析对该判别法的合理性进行了论证,得到了屈服型流体流型转换的普适性判别方法.针对常用的Power-law,Her... 详细信息

为了精准有效识别屈服型流体的流变特征,基于其剪切应力-剪切速率响应关系,从几何学角度提出了流型转换的高效判别方法,并应用微分分析对该判别法的合理性进行了论证,得到了屈服型流体流型转换的普适性判别方法.针对常用的Power-law,Herschel-Bulkley及Robertson-Stiff流变模型,应用该判别法对模型中流动指数的物理含义进行分析,结果表明:Herschel-Bulkley与Robertson-Stiff模型中的流动指数不能独立表征流体的剪切变稀与剪切增稠行为,其还取决于流体的临界剪切速率,这与模型函数求导结果一致.高速剪切下膏体的流变曲线分析结果表明,该判别法相比流动指数具有较高的准确性和适用性.

关键词：剪切变稀剪切增稠屈服应力 Herschel-Bulkley模型 Robertson-Stiff模型

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基于促凝和缓凝技术的含硫充填体力学损伤调控

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煤炭学报 2019年第S2期44卷 553-559页

作者：程纬华程海勇乔登攀李红昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明650093 金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083

中国目前有硫铁矿山900余处,年产硫铁矿石1320万t,硫资源在开发过程中会产生大量含硫尾砂,含硫尾砂在地表堆存时对区域生态形成严重威胁。含硫尾砂井下充填是解决地表堆存污染问题和安全问题的有效途径,但含硫尾砂制备出的充填体往往会... 详细信息

中国目前有硫铁矿山900余处,年产硫铁矿石1320万t,硫资源在开发过程中会产生大量含硫尾砂,含硫尾砂在地表堆存时对区域生态形成严重威胁。含硫尾砂井下充填是解决地表堆存污染问题和安全问题的有效途径,但含硫尾砂制备出的充填体往往会出现开裂、破碎、强度失效等问题,含硫尾砂对充填体强度发展作用机理不清。针对高硫尾砂充填体力学性能的特殊性,通过凝结时间观测、强度测定和X射线衍射分析,对含硫充填体力学演化过程进行了定量研究。在分析高硫尾砂充填料浆的凝结特征和强度演化规律的基础上,结合硫化物致劣机理分析,提出通过改善促凝和缓凝条件优化高含硫尾砂充填体力学性能。研究结果表明,尾砂硫化物会导致充填料浆的凝结时间显著增长、强度大幅降低,并出现28 d强度劣化损伤。尾砂硫化物发生氧化反应生成酸和硫酸根离子,造成水化产物溶解,引起硫酸盐侵蚀,造成强度下降。XRD图谱显示,一定量的次生石膏和钙矾石晶体能有效填充充填体内的孔隙,有利于强度发展;大量的次生石膏和钙矾石晶体生成,对孔隙壁产生挤压作用,造成膨胀致裂。对于高含硫尾砂充填材料,通过促凝技术使凝结时间缩短15%,充填体早期强度提高2倍,但却无法抑制后期强度劣化;而缓凝技术可抑制C3S的水化,延缓水化产物C—S—H凝胶和氢氧化钙的生成,早期强度降低,充填体28 d强度提高35%。

关键词：充填高硫尾砂凝结时间单轴抗压强度硫酸盐侵蚀

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基于化学注浆预加固的破碎矿体采场结构优化数值模拟

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中南大学学报（自然科学版） 2015年第10期46卷 3758-3766页

作者：韩斌于少峰吴爱祥高永祥程海勇北京科技大学土木与环境工程学院云南金沙矿业股份有限公司汤丹公司

汤丹铜矿4号矿体厚大软弱破碎,围岩松散、炮孔成孔率低;优选MP 364矿用树脂进行化学注浆预加固,并在3采2分段进行现场化学注浆试验,确定化学浆液扩散方式、注浆压力及扩散半径等参数,建成注浆工艺系统。通过FLAC 3D及ANSYS等软件建模,... 详细信息

汤丹铜矿4号矿体厚大软弱破碎,围岩松散、炮孔成孔率低;优选MP 364矿用树脂进行化学注浆预加固,并在3采2分段进行现场化学注浆试验,确定化学浆液扩散方式、注浆压力及扩散半径等参数,建成注浆工艺系统。通过FLAC 3D及ANSYS等软件建模,并对地表岩移、顶板位移、采场支撑体系塑性区以及矿柱最大主应力进行数值模拟分析。研究结果表明:按照推荐注浆材料配比及工艺施工,岩体强度及完整性得到较大提高,炮孔成孔率提高22%;化学注浆后,由于岩体强度及矿体完整性得到提高,拟通过增大矿房暴露面积以提高矿石回收率。注浆后,在保证安全且保持矿柱尺寸不变的情况下,矿房暴露面积提高约50 m2,则矿石回收率可以提高约10%以上,提高了矿山经济效益。

关键词：化学注浆预加固注浆工艺系统数值模拟

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露天-地下联合开采保安矿柱稳定性

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中南大学学报（自然科学版） 2016年第9期47卷 3183-3192页

作者：程海勇吴爱祥韩斌李红侯春来北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083

通过对矿柱力学模型的分析,得到不考虑平面应变问题的矿柱厚度计算公式,对回采前后矿柱的受力形态及破坏模式进行分析。利用统计学原理计算矿柱厚度影响因素(跨度、容重、强度、动载荷等)的变异系数,并进行权重分析,利用FLAC3D进行了矿... 详细信息

通过对矿柱力学模型的分析,得到不考虑平面应变问题的矿柱厚度计算公式,对回采前后矿柱的受力形态及破坏模式进行分析。利用统计学原理计算矿柱厚度影响因素(跨度、容重、强度、动载荷等)的变异系数,并进行权重分析,利用FLAC3D进行了矿柱厚度三维数值模拟,研究矿柱厚度为15,20和25 m时的最大主应力分布、剪应变率变化规律、矿柱沉降规律和塑性区分布规律,同时利用FISH语言编写安全系数计算程序。研究结果表明:贵州某矿保安矿柱厚度在20 m左右时既能满足稳定性要求又能兼顾有效回采的目的。

关键词：露天-地下联合开采保安矿柱稳定性 FLAC3D 安全系数

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金川龙首矿充填采矿与地表沉降规律探讨

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金属矿山 2012年第11期41卷 32-35页

作者：程海勇乔登攀昆明理工大学国土资源工程学院

金川龙首矿采用下向水平分层六角形进路式充填采矿法,采用双中段大盘区同时回采的模式。应用FLAC3D数值分析软件,探讨了龙首矿进路式采矿及充填对地表下沉的影响规律。通过对开挖区地表11个监测点的位移监控,得出了地表变形不仅存在着... 详细信息

金川龙首矿采用下向水平分层六角形进路式充填采矿法,采用双中段大盘区同时回采的模式。应用FLAC3D数值分析软件,探讨了龙首矿进路式采矿及充填对地表下沉的影响规律。通过对开挖区地表11个监测点的位移监控,得出了地表变形不仅存在着沉降运动,还伴随着复杂的拱起变形等结论,同时探讨了矿山应重点监测区域,为防止地表大范围变形破坏提供了理论依据与技术指导方向。

关键词：充填地表变形龙首矿 FLAC3D

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基于泥层高度的耙架扭矩力学模型及机理分析

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中南大学学报（自然科学版） 2019年第1期50卷 165-171页

作者：杨莹吴爱祥王洪江钟常运程海勇北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

通过进行不同泥层高度下的连续动态浓密实验,得到压密区尾砂浆的质量分数和屈服应力的变化规律;借助屈服应力与泥层高度的回归关系,并对浓密机耙架进行力学分析,建立不同泥层高度下的耙架扭矩力学模型。研究结果表明:耙架扭矩随泥层高... 详细信息

通过进行不同泥层高度下的连续动态浓密实验,得到压密区尾砂浆的质量分数和屈服应力的变化规律;借助屈服应力与泥层高度的回归关系,并对浓密机耙架进行力学分析,建立不同泥层高度下的耙架扭矩力学模型。研究结果表明:耙架扭矩随泥层高度的变化规律可以分为缓慢—强化—线性3个阶段。结合压密区砂浆存在形式的变化,发现随着泥层高度的增加,压密区尾砂颗粒受到的压力增大,砂浆密度提高并逐渐致密化,导致耙架扭矩在不同阶段内增长规律不同。通过采用扫描电镜观测压密区尾砂浆的微观结构,发现3个阶段内,絮团发生沉积—致密—稳定3种不同形式的变化,并伴随着絮团尺寸的改变,从而最终提高了浓密机耙架扭矩,进一步验证了耙架扭矩力学模型。

关键词：泥层高度深锥浓密机耙架扭矩屈服应力微观结构

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