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尾砂胶结充填体的损伤破坏及其与岩体的合理匹配（英文）

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2015年第3期25卷 954-959页

作者：刘志祥兰明肖思友郭虎强中南大学资源与安全工程学院长沙410083

为了研究充填体的破坏机理及其与岩体的合理匹配,实现金属矿山的安全高效开采,分別对灰砂配比为0.250:1、0.125:0、0.100:1和0.083:1的4种尾砂胶结充填体进行试块单轴抗压实验。通过其应力-应变曲线,分析不同灰砂配比下充填体的变形与... 详细信息

为了研究充填体的破坏机理及其与岩体的合理匹配,实现金属矿山的安全高效开采,分別对灰砂配比为0.250:1、0.125:0、0.100:1和0.083:1的4种尾砂胶结充填体进行试块单轴抗压实验。通过其应力-应变曲线,分析不同灰砂配比下充填体的变形与破坏特征。在此基础上,采用损伤力学推导建立4种不同配比充填体的损伤本构方程,并通过本构模型与实验结果的对比分析,验证损伤模型的可靠性。此外,利用突变理论,建立充填体与岩体在相互力学作用下的能量模型,推导出充填体与岩体的系统失稳判据。结果表明:不同配比的充填体表现出不同的损伤特性,充填体灰沙配比越低,达到峰值应力时的损伤值越小,且峰值应力后,损伤破坏过程越明显;从系统失稳的条件上看,岩体强度与充填体强度越低,越容易造成系统的失稳。该研究结果为矿山充填体合理强度设计提供了科学依据。

关键词：尾砂胶结充填体岩体损伤本构方程突变理论匹配失稳判据

胶结充填体早期损伤对后期力学性能影响机制研究

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岩石力学与工程学报 2023年第4期42卷 821-832页

作者：甘德清张雅洁刘志义孙海宽华北理工大学矿业工程学院河北唐山063210 华北理工大学河北省矿业开发与安全工程实验室河北唐山063210

为探究胶结充填体早期损伤对后期力学性能影响机制,将龄期3,7,14,21 d的充填体施加4种不同程度的静载损伤,养护28 d后开展单轴压缩试验、超声波测试、电镜微观结构扫描,从宏–细–微三个尺度探讨充填体早期损伤对后期力学性能影响机制... 详细信息

为探究胶结充填体早期损伤对后期力学性能影响机制,将龄期3,7,14,21 d的充填体施加4种不同程度的静载损伤,养护28 d后开展单轴压缩试验、超声波测试、电镜微观结构扫描,从宏–细–微三个尺度探讨充填体早期损伤对后期力学性能影响机制。结果表明:损伤对龄期3和7 d充填体后期抗压强度影响较小,在一定压损条件下充填体后期抗压强度上升,对龄期14和21 d充填体后期抗压强度均产生弱化作用,对各个龄期充填体后期弹性变形能力起到强化作用;基于波速变化建立损伤程度与充填体力学特性之间的定量关系,发现损伤龄期3和7 d充填体存在损伤阈值和修复阈值;随着损伤程度的增大,充填体内部结构由数量较多的细小裂隙逐渐扩大为单一裂隙,裂隙断面处的连接物质主要为水化产物C-S-H网状凝胶;龄期3和7 d充填体内部存在大量未完全水化的水泥颗粒,养护后期产生的凝胶产物足以填充大部分损伤裂隙,故损伤对其后期抗压强度影响较小,而龄期14和21 d充填体未完全水化的水泥颗粒减少,后期产生的凝胶产物不足以填充损伤裂隙,内部结构颗粒之间联系较差,故损伤对其后期抗压强度弱化作用显著。研究结果可为矿山充填体工作提供指导意义。

关键词：采矿工程尾砂胶结充填体早期损伤力学特性超声波测试 SEM扫描

不同含量玻璃纤维尾砂充填体损伤规律与围岩匹配关系

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岩石力学与工程学报 2023年第1期42卷 144-153页

作者：赵康赵康奇严雅静周昀杨健伍俊江西理工大学土木与测绘工程学院江西赣州341000 生态环境部固体废物与化学品管理技术中心北京100029

为提高三门峡罗山金矿采空区充填后的稳定性,对玻璃纤维质量含量分别为0%,0.5%和0.7%的尾砂胶结充填体损伤规律进行研究。通过单轴压缩试验得到不同含量玻璃纤维尾砂胶结充填体应力-应变曲线,并根据建立的损伤本构方程,分析充填体的能... 详细信息

为提高三门峡罗山金矿采空区充填后的稳定性,对玻璃纤维质量含量分别为0%,0.5%和0.7%的尾砂胶结充填体损伤规律进行研究。通过单轴压缩试验得到不同含量玻璃纤维尾砂胶结充填体应力-应变曲线,并根据建立的损伤本构方程,分析充填体的能量耗散规律,得出其与围岩的匹配关系。研究结果表明:(1)在一定范围内,玻璃纤维的掺入提高了充填体的强度,降低了初始弹性模量。(2)掺入玻璃纤维能够降低充填体达到峰值应力时的损伤值,但随着其含量的增加,充填体损伤值达到极值的过程越缓慢。(3)得到了不同含量玻璃纤维充填体的峰值比能计算模型,进而得出充填体的峰值比能随着玻璃纤维含量的增加而增大。(4)以该矿山充填开采为背景,得到采空区埋深与充填体强度的匹配设计模型,可为矿山节约充填成本提供科学依据。

关键词：岩石力学尾砂胶结充填体玻璃纤维初始弹性模量损伤峰值比能

聚丙烯纤维和粗骨料对尾砂胶结充填体延性和流动性的影响

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Journal of Central South University 2022年第2期29卷 515-527页

作者：严荣富刘家明尹升华邹龙寇永渊张鹏强 Key Laboratory of Ministry of Education of Efficient Mining and Safety of Metal Mines University of Science and Technology BeijingBeijing 100083China School of Earth Sciences East China University of TechnologyNanchang 330013China School of Civil and Resource Engineering University of Science and Technology BeijingBeijing 100083China National Key Laboratory of Nickel and Cobalt Resources Comprehensive Utilization Gansu Jinchuan Group Co.Ltd.Jinchang 737100China Jinchuan Nickel Cobalt Research and Design Institute Co. Ltd.Jinchang 737100China

添加聚丙烯纤维和粗集料已成为提高尾砂胶结充填体强度和稳定性的常用方法,研究尾矿-骨料比和纤维含量对CTB试样力学性能的影响具有重要意义。本文基于抗压强度、坍落度和微观结构试验,建立了纤维和尾骨比对CTB试样强度、延性和流动性... 详细信息

添加聚丙烯纤维和粗集料已成为提高尾砂胶结充填体强度和稳定性的常用方法,研究尾矿-骨料比和纤维含量对CTB试样力学性能的影响具有重要意义。本文基于抗压强度、坍落度和微观结构试验,建立了纤维和尾骨比对CTB试样强度、延性和流动性影响的回归模型。结果表明:考虑抗压强度、开裂应变、峰值应变和峰后延性,尾矿-骨料比为5:5、纤维掺量为0.5 kg/m^(3)时性能最优;其中尾骨比与强度呈一元二次关系,与坍落度呈负线性相关。微观结构分析结果表明,纤维主要表现为桥接作用,棒磨砂作为充填体骨架,可提高CTB的致密性和峰后延性。本文研究结果对认识和应用粗集料和纤维来改善CTB的力学性能具有重要意义。

关键词：尾砂胶结充填体聚丙烯纤维粗骨料无侧限抗压强度峰后延性流动性

动态荷载下胶结充填体力学响应及能量损伤演化过程研究

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岩土力学 2022年第S01期43卷 145-156页

作者：侯永强尹升华杨世兴张敏哲刘洪斌北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 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

为研究尾砂胶结充填体的动态力学性能及能量损伤演化过程,采用分离式霍普金森杆对尾砂胶结充填体进行了不同应变率下的冲击加载试验。试验结果表明:充填体的动态抗压强度和动态抗压强度增强因子随应变率的增加呈指数函数递增规律,且水... 详细信息

为研究尾砂胶结充填体的动态力学性能及能量损伤演化过程,采用分离式霍普金森杆对尾砂胶结充填体进行了不同应变率下的冲击加载试验。试验结果表明:充填体的动态抗压强度和动态抗压强度增强因子随应变率的增加呈指数函数递增规律,且水泥含量越低的充填体应变率效应更显著;充填体的峰前能耗量密度、峰后能耗量密度、单位体积应变能及总能耗量密度随应变率的增加均呈指数函数递增规律,且动态抗压强度与峰后耗散能密度具有明显的正相关关系;冲击载荷作用下,充填体变形破坏主要经历了线弹性变形、屈服破坏及峰后破裂这3个阶段;在充填体的线弹性变形及屈服破坏阶段,能量以弹性应变能的形式储存在试样内部,而在峰后破裂阶段,能量以耗散能释放为主;冲击加载下,充填体的受荷能量损伤演化过程划分为损伤稳定发展阶段、损伤加速阶段及损伤破坏阶段3个阶段。

关键词：尾砂胶结充填体动载冲击能量耗散力学性能损伤演化

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尾砂胶结充填体的水泥含量测定试验研究

有色金属工程 2018年第6期8卷 69-74页

作者：陈鑫政杨小聪郭利杰彭啸鹏北京矿冶科技集团公司北京100160 国家金属矿绿色开采国际联合研究中心北京102628 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

矿山充填普遍存在充填料浆离析,导致采场充填体均匀性差和充填体强度降低等问题,目前关于充填料浆离析的研究大都局限在定性描述,尚无定量评价方法,主要原因是还无法准确测定尾砂胶结充填体中水泥的含量。为此,通过试验研究系统分析了... 详细信息

矿山充填普遍存在充填料浆离析,导致采场充填体均匀性差和充填体强度降低等问题,目前关于充填料浆离析的研究大都局限在定性描述,尚无定量评价方法,主要原因是还无法准确测定尾砂胶结充填体中水泥的含量。为此,通过试验研究系统分析了充填体龄期和充填料浆质量浓度对EDTA滴定法的影响,论证了EDTA滴定法测尾砂胶结充填体水泥含量的有效性,探索出一种新的充填料浆离析和充填体不均性定量评价方法,提出了矿山原位采场充填质量评估的指标。

关键词：尾砂胶结充填体水泥含量 EDTA滴定法

不同纤维作用下尾砂胶结充填体早期力学特性及损伤本构模型研究

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岩石力学与工程学报 2022年第2期41卷 282-291页

作者：赵康宋宇峰于祥周昀严雅静王军强江西理工大学土木与测绘工程学院江西赣州341000 生态环境部固体废物与化学品管理技术中心北京100029 灵宝金源矿业股份有限公司河南灵宝472500

为了提高某金矿尾砂胶结充填体材料的稳定性,保障矿山采空区充填效果,对加入不同纤维(聚丙烯腈纤维(JBX)、玻璃纤维(BL)、聚丙烯腈和玻璃混合纤维(HJB))的尾砂胶结充填体的早期力学性能和损伤特征进行研究,通过单轴压缩试验得到了不同... 详细信息

为了提高某金矿尾砂胶结充填体材料的稳定性,保障矿山采空区充填效果,对加入不同纤维(聚丙烯腈纤维(JBX)、玻璃纤维(BL)、聚丙烯腈和玻璃混合纤维(HJB))的尾砂胶结充填体的早期力学性能和损伤特征进行研究,通过单轴压缩试验得到了不同纤维作用下充填体损伤本构模型。试验结果表明:在不同纤维作用下尾砂胶结充填体单轴抗压强度关系为:σ_(BL)>σ_(HJB)>σ_(JBX)>σ_(无纤维);纤维对裂纹的扩展有明显的干扰和阻滞作用,使裂纹较多且细小,纤维极大地增强了充填体的韧性;加入混合纤维对裂纹的阻断效果明显优于单一纤维;含纤维尾砂胶结充填体在峰后破坏时并未完全失去承载能力,仍能继续承载部分压剪应力,由此构建不同纤维胶结充填体损伤本构理论模型;并用6种不同的损伤参数对损伤变量进行修正,得到不同纤维尾砂胶结充填体损伤本构模型曲线;通过试验对理论模型进行验证,二者的应力-应变曲线吻合度较高,表明所建立的理论模型对不同纤维尾砂胶结充填体的力学性能分析和评估具有一定的参考价值。

关键词：采矿工程纤维尾砂胶结充填体单轴压缩力学特性损伤本构模型损伤参数

单轴压缩下尾砂胶结充填体细观能量耗散与损伤表征研究

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采矿与安全工程学报 2022年第6期39卷 1227-1234页

作者：程爱平舒鹏飞邓代强周成颂黄诗冰叶祖洋武汉科技大学资源与环境工程学院湖北武汉430081 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 湘潭大学土木工程与力学学院湖南湘潭411105 贵州理工学院矿业工程学院贵州贵阳550003

尾砂胶结充填体在两步骤回采中充当人工矿柱支撑采场顶板,其稳定性对矿柱的安全回采至关重要。基于室内试验进行尾砂胶结充填体细观参数标定,建立了尾砂胶结充填体颗粒流模型,开展了单轴压缩下尾砂胶结充填体细观力学特性研究,构建了尾... 详细信息

尾砂胶结充填体在两步骤回采中充当人工矿柱支撑采场顶板,其稳定性对矿柱的安全回采至关重要。基于室内试验进行尾砂胶结充填体细观参数标定,建立了尾砂胶结充填体颗粒流模型,开展了单轴压缩下尾砂胶结充填体细观力学特性研究,构建了尾砂胶结充填体细观能量指标体系,探讨了尾砂胶结充填体细观能量演化及耗散特征,揭示了尾砂胶结充填体破坏形式;结合能量耗散理论,考虑残余应变能影响,引入修正系数λ,提出了改进的损伤变量D,较好地表征了尾砂胶结充填体损伤演化过程。研究结果表明:尾砂胶结充填体细观能量主要由边界能输入,一部分通过能量积聚转化为平行黏结应变能和线性应变能,另一部分通过能量耗散转化为黏结阻尼能、摩擦能、介质阻尼能和动能;尾砂胶结充填体细观能量演化过程具有阶段性特征,包括能量积聚和能量释放两个阶段,在能量耗散阶段体现明显的延性破坏特征;尾砂胶结充填体细观损伤表象为颗粒错动和黏结破坏,考虑残余应变能的改进损伤变量更准确,能较好地反映尾砂胶结充填体延性特征。研究成果可为尾砂胶结充填体稳定性控制提供理论指导。

关键词：尾砂胶结充填体颗粒流程序能量耗散残余应变能损伤演化

聚丙烯纤维增强尾砂胶结充填体力学及流动性能研究

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材料导报 2021年第19期35卷 19030-19035页

作者：侯永强尹升华赵国亮张鹏强杨世兴张敏哲刘洪斌北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 金川集团股份有限公司镍钴资源综合利用国家重点实验室金昌737100 金川镍钴研究设计院有限责任公司金昌737100 北京科技大学土木与资源工程学院资源工程系北京100083

针对聚丙烯纤维掺量、长度及矿渣掺量这三种因素对尾砂胶结充填体力学及流动性能的影响,进行正交试验设计。通过对试验结果进行极差和方差分析,得到了这三种因素对尾砂胶结充填体力学及流动性的影响程度和显著性影响因素,并借助扫描电镜... 详细信息

针对聚丙烯纤维掺量、长度及矿渣掺量这三种因素对尾砂胶结充填体力学及流动性能的影响,进行正交试验设计。通过对试验结果进行极差和方差分析,得到了这三种因素对尾砂胶结充填体力学及流动性的影响程度和显著性影响因素,并借助扫描电镜(SEM)揭示了纤维对充填体力学性能的作用机理。研究结果表明:随着纤维掺量及长度的增加,充填料浆坍落度分别下降了8.7%和4.3%,说明纤维的掺入会对料浆流动性能产生不利的影响;充填体28 d抗压强度、抗拉强度均随着纤维掺量的增加呈先增加后减小的趋势,并在纤维掺量为0.6%时达到最大值,但纤维对充填体抗拉强度的改善效果明显优于对抗压强度的改善效果;矿渣的掺入对纤维增强尾砂胶结充填体流动性能无显著影响,但矿渣掺量的增加使得充填体抗压及抗拉强度分别降低了17.9%、19.7%,说明矿渣的掺入会对尾砂胶结充填体力学性能产生不利影响;纤维的掺入能够有效限制充填体裂纹的扩展,且随着纤维掺量的增加,充填体破坏特征由脆性向延性转变;纤维增强尾砂胶结充填体力学性能的关键在于纤维与砂浆基体界面存在粘结力,使得横跨于裂缝两侧的纤维能够形成“锚固”作用,从而提高充填体的整体力学性能。

关键词：聚丙烯纤维尾砂胶结充填体力学性能流动性能正交试验