浆体膨胀材料充填体的流变性能研究
发布时间：2019-11-12 09:02
【摘要】：充填体的稳定性和耐久性是衡量一种充填材料是否符合工程要求的重要标准。浆体膨胀材料因其浆体黏度小、流动性好、强度高、膨胀主动接顶等优点,逐渐在矿山充填以及地下洞室等领域得到应用和推广。然而关于其流变性能方面的研究仍有一定的欠缺,本文主要针对浆体膨胀材料充填体的流变性能进行试验和探究。本文主要采用单轴压缩蠕变的相关方法和理论,辅助以循环加卸载等试验,对充填体的流变性能及相关力学参数进行研究。改善了以往单纯以轴向变形为参照标准的方法,以充填体的变形模量和泊松比为研究对象。对两参数的时效性和变化速率进行了详尽的研究。据此探究了浆体膨胀材料充填体的应力应变与时间的关系,同时利用数值解析和计算机模拟的方法对充填体的蠕变本构方程进行了拟合,并据此对充填体的时变强度进行了演绎研究,这对于研究充填体的时效性和耐久性有一定的指导意义。本论文的主要研究内容如下:(1)浆体膨胀材料充填体的拉压比约为0.16,属脆性较明显材料。在加载时,每级荷载下充填体都有瞬时形变,其后为蠕变形变。单一荷载水平作用下,充填体蠕变随受荷时间的增加而增长,进入稳定蠕变阶段后增长速率趋于不为0的常数。不同荷载水平作用下稳定蠕变增长率随荷载的增大而提高。充填体横、轴向变形均存在应力阈值,横向应力阈值大约为轴向的60%~80%。横向变形比轴向变形要更敏感一些。可以通过充填体蠕变的泊松比来预测充填体变形程度。当充填体泊松比超过0.4时,充填体横向变形进入加速阶段;当泊松比达到0.6,充填体可能已经进入加速蠕变阶段。(2)以充填体单轴压缩蠕变试验为基础,通过分析蠕变曲线特征确定伯格斯模型描述浆体膨胀材料充填体蠕变特征具有良好的适应性。采用origin8.0最小二乘法利用蠕变曲线反分析得到伯格斯模型参数,建立一维情况下的浆体膨胀材料充填体本构方程。依据蠕变模型研究充填体时变强度可知,持续受力10年浆体膨胀材料充填体抗压强度降低17.83%,持续受力100年充填体抗压强度降低49.33%。利用FLAC3D模拟出的蠕变、应力、应变随时间变化情况与解析值基本一致。当外荷载持续作用于充填体结构时,即使载荷很小,随时间增长,浆体膨胀材料充填体内部依旧发生持续劣化。(3)对充填体蠕变影响因素研究表明,含水率的影响是最明显的。随着充填体含水率的提高,充填体各项力学参数都得到了相应提升,充填体的粘滞系数也逐渐增大,尤其是在较高应力水平阶段,而蠕变速率随含水率提高逐渐降低;尺寸效应对于浆体膨胀材料充填体这种均质结构单元很小的固体材料影响很小,几乎可以忽略不计,这对于将室内小尺寸试件试验研究结论应用到生产现场有极大的指导意义;加载速率对充填体的影响主要体现在两个方面:一方面是充填体变形速率是一定的,当加载速率小于或者等于充填体的变形速率时,充填体的变形是充分的,此时所测得变形速率即为充填体变形真实速率。当加载速率大于充填体变形速率时,充填体变形就会滞后于加载速率,这时候会表现出一些参数变大的“假象”,此时过大的加载速率对充填体有一定的冲击破坏作用;另一个方面,随加载速率的提高充填体试件的瞬时变形模量逐渐增大,而且随应力水平呈现一定的规律。较低应力和中等应力水平阶段,瞬时变形模量的变化线性规律比较明显,在较高应力水平时,瞬时变形模量的变化呈现出幅度提升较大的非线性规律。
【图文】：
表 2.12 浆体膨胀材料充填体试件浸水前后对比Tab.2.12 The contrast before and after immersion of slurry backfill material（5）特殊性能在实验室环境下模拟了矿井高温环境与结冰低温环境的极端情况，通过冻融试验、抗热试验测试充填体的稳定性，研究表明，浆体膨胀充填材料充填体，进行 1次冻融循环后，浆体膨胀充填材料的强度损失率为 6.50%；进行 2 次冻融循环后，强处理方式尺寸（mm） 强度长 宽 高(MPa)浸水前 70.7 70.7 70.7 6.16浸水后 70.7 70.7 70.7 6.20崩解性 无崩解现象，前后强度相差不大溶蚀性无溶蚀现象，前后强度相差不大软化性无软化现象，前后强度相差不大膨胀性无膨胀现象，前后强度相差不大
胀材料充填体的基本力学参数进行了试验测试，又采用逐级增量加卸载、分级增量加卸载、循环加卸载等试验方法，对充填体的流变性能进行了系统研究。3.1 试验材料为了更好地研究充填体的力学性能，我们在实验室内制作充填体试件，利用实验室内相关试验设备进行基础的力学实验以研究了解充填体的基本力学性能。试验参照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》(GBT50082-2009)进行[23]。3.1.1 试件制作选用70.7 × 70.7 × 70.7mm的标准钢制试验模具进行充填体试件的制作，与普通尾砂胶结充填体试件制作方式不同的是，浆体膨胀材料充填体试件灌模完成后要放在恒温水浴锅中养护直至其硬化形成充填体（见图 3.1）。恒温水浴锅温度控制在 50℃，，水浴时长 6h。在充填体流变特性研究试验中，按照上述相同试验方法，分别制作
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD823.7
本文编号：2559706
【图文】：
表 2.12 浆体膨胀材料充填体试件浸水前后对比Tab.2.12 The contrast before and after immersion of slurry backfill material（5）特殊性能在实验室环境下模拟了矿井高温环境与结冰低温环境的极端情况，通过冻融试验、抗热试验测试充填体的稳定性，研究表明，浆体膨胀充填材料充填体，进行 1次冻融循环后，浆体膨胀充填材料的强度损失率为 6.50%；进行 2 次冻融循环后，强处理方式尺寸（mm） 强度长 宽 高(MPa)浸水前 70.7 70.7 70.7 6.16浸水后 70.7 70.7 70.7 6.20崩解性 无崩解现象，前后强度相差不大溶蚀性无溶蚀现象，前后强度相差不大软化性无软化现象，前后强度相差不大膨胀性无膨胀现象，前后强度相差不大
胀材料充填体的基本力学参数进行了试验测试，又采用逐级增量加卸载、分级增量加卸载、循环加卸载等试验方法，对充填体的流变性能进行了系统研究。3.1 试验材料为了更好地研究充填体的力学性能，我们在实验室内制作充填体试件，利用实验室内相关试验设备进行基础的力学实验以研究了解充填体的基本力学性能。试验参照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》(GBT50082-2009)进行[23]。3.1.1 试件制作选用70.7 × 70.7 × 70.7mm的标准钢制试验模具进行充填体试件的制作，与普通尾砂胶结充填体试件制作方式不同的是，浆体膨胀材料充填体试件灌模完成后要放在恒温水浴锅中养护直至其硬化形成充填体（见图 3.1）。恒温水浴锅温度控制在 50℃，，水浴时长 6h。在充填体流变特性研究试验中，按照上述相同试验方法，分别制作
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD823.7
【参考文献】
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1 刘志祥;李夕兵;张义平;;基于混沌优化的高阶段充填体可靠性分析[J];岩土工程学报;2006年03期
本文编号：2559706
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