掺纤维尾砂充填体多尺度力学特性及损伤演化机理研究
发布时间：2023-03-01 17:34
充填法开采契合当今我国绿色矿山建设的时代需求。其中,充填体力学特性研究是金属矿充填法开采领域的重要内容之一。传统尾砂胶结充填体在复杂应力环境和开采扰动下表现为抗裂韧性差、易发生片帮和脆性断裂等现象。而目前针对胶结充填体宏-细-微多尺度力学特性的研究仍较少。因此,本文探索制备一种整体强度高、抗裂和抗冲击性能好的掺纤维尾砂胶结充填体,以期实现既能降低充填体混入造成贫化,又能满足矿山开采的力学强度要求。本文采用室内实验、理论分析、数值模拟和现场工业试验相结合的研究方法,开展了纤维类型及掺量对尾砂胶结充填体力学性能影响机制的基础研究,探明了抗弯条件下掺纤维尾砂充填体裂纹扩展机理与演化规律,分析了冲击荷载下掺纤维尾砂充填体的动态力学特性。(1)从宏观角度研究了掺纤维尾砂充填体的抗压力学特性。结果表明掺纤维充填体具有“裂而不碎”的特征,聚丙烯纤维的增强效果最显著,纤维掺量的临界点为0.6%;充填体Φ50mm的最优纤维长度为12mm,其声发射演变过程可划分为压密、平静、密集和活跃共四个阶段。(2)探究了掺加纤维对胶结充填体抗裂性能和峰后韧性的改善效果,并建立了数值模型从细观角度揭示了掺纤维充填体梁的...
【文章页数】：153 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.2 掺纤维充填体力学特性研究综述
1.3 CT技术研究应用的现状
1.4 充填体动力学特性研究综述
1.4.1 动力学特性试验
1.4.2 动态损伤破坏机理
1.4.3 动态损伤本构模型
1.5 主要研究内容及技术路线
1.5.1 主要研究内容
1.5.2 研究方法和技术路线
2 掺纤维尾砂充填体抗压特性试验研究
2.1 引言
2.2 试验方案
2.2.1 原材料及特性
2.2.2 充填体试样制备
2.2.3 方案设计和加载设备
2.3 单一尺寸单轴抗压强度试验研究
2.3.1 纤维类型和掺量对充填体抗压强度的影响
2.3.2 波速与单轴抗压强度的关系
2.3.3 充填体破坏模式
2.3.4 变形特征分析
2.4 多尺寸充填体单轴抗压强度试验研究
2.4.1 不同几何形状充填体力学特性
2.4.2 不同纤维长度对充填体的影响作用
2.4.3 尺寸大小和纤维长度的耦合作用
2.5 三轴抗压强度试验及声发射特性研究
2.5.1 加载试验强度结果
2.5.2 充填体损伤破裂的分形特征
2.5.3 声发射参数时序演化规律
2.6 本章小结
3 掺纤维尾砂充填体抗拉特性试验研究
3.1 引言
3.2 掺纤维尾砂充填体劈裂抗拉特性
3.2.1 圆盘劈裂损伤阶段划分
3.2.2 劈裂荷载下的裂纹扩展
3.3 掺纤维尾砂充填体抗弯探索性试验
3.3.1 试验方案设计
3.3.2 荷载-挠度(时间)曲线
3.3.3 充填体试件破坏形态
3.4 掺纤维尾砂充填体抗弯优化试验
3.4.1 各因素对抗弯强度的影响效应
3.4.2 弯曲韧性评价及分析
3.4.3 荷载-挠度曲线的拟合模型
3.5 掺纤维尾砂充填体裂纹扩展机理与演化规律
3.5.1 建立掺纤维充填体梁模型
3.5.2 充填体梁破坏演化过程
3.6 本章小结
4 掺纤维尾砂充填体细观结构及力学特性研究
4.1 引言
4.2 掺纤维增强充填体特性机理研究
4.2.1 灰砂比和养护龄期的影响作用
4.2.2 纤维几何分布及联结作用
4.2.3 纤维-充填基质界面结合性能
4.2.4 充填体基质能谱图分析
4.3 CT试样制备及测试结果
4.3.1 试验方案设计
4.3.2 测试设备和原理
4.3.3 加载测试试验结果
4.4 掺纤维尾砂充填体损伤细观表征
4.4.1 灰度特征统计
4.4.2 二维图像缺陷分析
4.4.3 三维重构模型孔裂隙结构分析
4.5 本章小结
5 掺纤维尾砂充填体动力学特性试验研究
5.1 引言
5.2 试样制备方案及冲击设备
5.3 SHPB冲击作用下的结果分析
5.3.1 掺纤维充填体的动态波形特征
5.3.2 动态强度及应变率效应
5.3.3 单次和循环冲击作用下的破坏特征
5.4 掺纤维尾砂充填体的动态本构模型
5.4.1 动态本构模型的构建
5.4.2 本构模型验证
5.5 本章小结
6 下向进路充填法充填假顶现场工业应用
6.1 工程背景
6.2 下向进路充填法开采试验采场确定
6.3 下向进路充填法假顶力学模型
6.3.1 基于简支梁理论的充填假顶力学模型
6.3.2 下向进路充填法开采充填假顶数值模拟
6.4 下向进路充填法假顶构筑
6.4.1 下向进路充填法开采充填假顶构筑工艺
6.4.2 下向进路充填法开采充填假顶构筑成本对比
6.5 本章小结
7 结论与展望
7.1 主要结论
7.2 创新点
7.3 不足与展望
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
本文编号：3751937
【文章页数】：153 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.2 掺纤维充填体力学特性研究综述
1.3 CT技术研究应用的现状
1.4 充填体动力学特性研究综述
1.4.1 动力学特性试验
1.4.2 动态损伤破坏机理
1.4.3 动态损伤本构模型
1.5 主要研究内容及技术路线
1.5.1 主要研究内容
1.5.2 研究方法和技术路线
2 掺纤维尾砂充填体抗压特性试验研究
2.1 引言
2.2 试验方案
2.2.1 原材料及特性
2.2.2 充填体试样制备
2.2.3 方案设计和加载设备
2.3 单一尺寸单轴抗压强度试验研究
2.3.1 纤维类型和掺量对充填体抗压强度的影响
2.3.2 波速与单轴抗压强度的关系
2.3.3 充填体破坏模式
2.3.4 变形特征分析
2.4 多尺寸充填体单轴抗压强度试验研究
2.4.1 不同几何形状充填体力学特性
2.4.2 不同纤维长度对充填体的影响作用
2.4.3 尺寸大小和纤维长度的耦合作用
2.5 三轴抗压强度试验及声发射特性研究
2.5.1 加载试验强度结果
2.5.2 充填体损伤破裂的分形特征
2.5.3 声发射参数时序演化规律
2.6 本章小结
3 掺纤维尾砂充填体抗拉特性试验研究
3.1 引言
3.2 掺纤维尾砂充填体劈裂抗拉特性
3.2.1 圆盘劈裂损伤阶段划分
3.2.2 劈裂荷载下的裂纹扩展
3.3 掺纤维尾砂充填体抗弯探索性试验
3.3.1 试验方案设计
3.3.2 荷载-挠度(时间)曲线
3.3.3 充填体试件破坏形态
3.4 掺纤维尾砂充填体抗弯优化试验
3.4.1 各因素对抗弯强度的影响效应
3.4.2 弯曲韧性评价及分析
3.4.3 荷载-挠度曲线的拟合模型
3.5 掺纤维尾砂充填体裂纹扩展机理与演化规律
3.5.1 建立掺纤维充填体梁模型
3.5.2 充填体梁破坏演化过程
3.6 本章小结
4 掺纤维尾砂充填体细观结构及力学特性研究
4.1 引言
4.2 掺纤维增强充填体特性机理研究
4.2.1 灰砂比和养护龄期的影响作用
4.2.2 纤维几何分布及联结作用
4.2.3 纤维-充填基质界面结合性能
4.2.4 充填体基质能谱图分析
4.3 CT试样制备及测试结果
4.3.1 试验方案设计
4.3.2 测试设备和原理
4.3.3 加载测试试验结果
4.4 掺纤维尾砂充填体损伤细观表征
4.4.1 灰度特征统计
4.4.2 二维图像缺陷分析
4.4.3 三维重构模型孔裂隙结构分析
4.5 本章小结
5 掺纤维尾砂充填体动力学特性试验研究
5.1 引言
5.2 试样制备方案及冲击设备
5.3 SHPB冲击作用下的结果分析
5.3.1 掺纤维充填体的动态波形特征
5.3.2 动态强度及应变率效应
5.3.3 单次和循环冲击作用下的破坏特征
5.4 掺纤维尾砂充填体的动态本构模型
5.4.1 动态本构模型的构建
5.4.2 本构模型验证
5.5 本章小结
6 下向进路充填法充填假顶现场工业应用
6.1 工程背景
6.2 下向进路充填法开采试验采场确定
6.3 下向进路充填法假顶力学模型
6.3.1 基于简支梁理论的充填假顶力学模型
6.3.2 下向进路充填法开采充填假顶数值模拟
6.4 下向进路充填法假顶构筑
6.4.1 下向进路充填法开采充填假顶构筑工艺
6.4.2 下向进路充填法开采充填假顶构筑成本对比
6.5 本章小结
7 结论与展望
7.1 主要结论
7.2 创新点
7.3 不足与展望
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
本文编号：3751937
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