分级尾砂胶结充填本构关系的实验研究

发布时间：2017-09-21 06:44

  本文关键词：分级尾砂胶结充填本构关系的实验研究

  更多相关文章： 强度 应力应变 本构关系 弹性模量 尾砂 废石破碎集料

【摘要】：随着开采技术条件的发展,矿山的产量不断创造新的记录,但这也造成了地表浅部资源储量急剧的下降,许多矿山已由浅部开采逐渐转入到深部开采。与此同时,伴随着矿体赋存条件变复杂、地压急剧增大、软弱岩层增多、固体废料堆积等问题的出现,导致矿体回采难度不断增加,并伴随着一系列的安全生产隐患,因此胶结充填采矿法以其较高的安全性在大量矿山推广开来。与其他非胶结充填材料相比,胶结充填材料具有强度较高,对矿房支撑效果好的优势。利用矿山的尾砂、废石等固体废料作为胶结充填的骨料是矿山的首选,但实际上不同矿山的尾砂物理性质有所不同,导致胶结充填体力学响应也有所区别,因此根据矿山骨料(尾砂、废石)性质,研究影响充填体强度的影响因素、充填体力学参数和充填体本构关系就显得尤其重要,同时也是充填力学研究的核心课题。本文选用玉溪矿业大红山铜矿分级尾砂材料,设计了分级尾砂和分级废-尾5：5两个类别的不同的配比的强度实验,分别测试分级尾砂和加入废石破碎集料后两种条件下胶结充填体的强度、应力-应变、弹性模量、泊松比,分析加入废石破碎集料后对分级尾砂胶结充填体各项力学性质的影响；结合损伤力学的相关理论,建立了分级尾砂和加入废石破碎集料后的胶结充填体的本构方程；并对充填体弹模进行回归分析,确定了弹模影响因素及预测方程；结合实验所测数据,利用RFPA2D进行建模,研究分级尾砂胶结体在单轴压缩载荷作用下的细观损伤发展过程。研究结果表明：(1)分级尾砂胶结充填体的强度与水泥添加量、料浆浓度、养护时间呈正相关。分级尾砂胶结充填体强度早期强度较低,7天强度仅为60天强度的20%～30%；当废石替代50%分级尾砂后,胶结充填体的单轴抗压强度的提升较为明显,其最大抗压强摩从原来的7Mpa提高至1 0MPa。(2)分级尾砂胶结充填体的弹性模量值较低,最高值不到1GPa,远远低于岩石和混凝土的弹性模量,弹模与水泥添加量、料浆浓度、养护时间均呈正相关,加入废石后,弹性模量值随之增大,从原来的0.9GPa增大至1.3GPa,提升效果显著,显示添加粗骨料对高胶结体刚度意义重大。(3)在对分级尾砂胶结充填力学实验结果的分析后,提出分级尾砂胶结充填体的本构方程,该方程能够较好地反映分级尾砂胶结充填体的应力-应变规律。本文研究成果对充填法强度确定及采场回采安全性研究有重要意义。
【关键词】：强度 应力应变 本构关系 弹性模量 尾砂 废石破碎集料
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD853.343
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 论文选题的目的和意义11-14
• 1.1.1 论文研究目的12-13
• 1.1.2 论文研究意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-17
• 1.3 技术研究路线17-18
• 第二章 骨料物化性质及充填配比18-26
• 2.1 充填材料物理特性18-22
• 2.1.1 骨料粒径组成18-19
• 2.1.2 骨料密度测定19-20
• 2.1.3 骨料堆积密实度测定20-22
• 2.2 分级尾砂化学成分分析22
• 2.3 胶结充填配比计算22-25
• 2.3.1 分级尾砂级配分析22-24
• 2.3.2 -15mm废石集料级配分析24-25
• 2.4 实验方法25-26
• 第三章 胶结充填体单轴抗压强度实验26-55
• 3.1 单轴试验系统26-35
• 3.1.1 单轴抗压强度实验操作步骤27
• 3.1.2 实验结果27-28
• 3.1.3 结果分析28-34
• 3.1.4 废石对胶结充填体强度的影响34-35
• 3.2 应力-应变测定实验35-54
• 3.2.1 试验系统组成及功能35-36
• 3.2.2 测试系统36
• 3.2.3 应力-应变测试操作步骤36-37
• 3.2.4 实验结果及分析37-54
• 3.3 小结54-55
• 第四章 基于单轴压缩的胶结充填体本构关系的建立55-73
• 4.1 引言55
• 4.2 损伤力学研究概况55-56
• 4.3 充填体本构关系的建立56-72
• 4.3.1 损伤变量的测定56-57
• 4.3.2 本构模型的建立57-72
• 4.4 本章小结72-73
• 第五章 弹性模量预测模型及数值模拟73-97
• 5.1 胶结充填体弹模的计算73-74
• 5.2 胶结充填配合比与弹性模量的关系74-78
• 5.2.1 水灰比与弹模关系分析74-75
• 5.2.2 灰砂比与弹模关系分析75
• 5.2.3 弹模预测模型75-78
• 5.3 分级尾砂胶结充填体试件单轴压缩数值模拟研究78-95
• 5.3.1 前言78-80
• 5.3.2 数值模型的建立80-95
• 5.4 小结95-97
• 第六章 结论97-99
• 6.1 结论97-98
• 6.2 不足与建议98-99
• 致谢99-100
• 参考文献100-105
• 附录A105-106
• 附录B106-109

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本文编号：893014