近疲劳强度循环荷载下粉砂岩强度变化机制

通过开展不同循环次数的循环加卸载转单调加载试验,结合声发射和CT扫描技术,揭示了近疲劳强度循环荷载作用下泥质石英粉砂岩的细观破裂演化规律、裂隙扩展特征与强度变化机制.结果表明:(1)泥质石英粉砂岩的损伤应力小于疲劳强度,可称损伤应力与疲劳强度之间的应力水平为近疲劳强度.(2)随着循环次数增加,粉砂岩峰值强度先小幅下降后持续增加最终趋于稳定,当一次循环后轴向(体积)变形从压缩(膨胀)转为几乎不变时,可认为粉砂岩的强度从劣化转为强化.(3)单调加载阶段应力接近峰值强度时,粉砂岩中、低频区的声发射信号大幅增加,可将其视为岩石受压破坏的先兆.(4)当循环次数较低时,循环过程中粉砂岩的弱胶结结构断裂,有效承载面积减小,转单调加载后岩石破裂尺度增大、内部裂纹局部集中,发生劣化,呈单斜面剪切破坏.(5)当循环次数较高时,循环过程中粉砂岩胶结强度增加、细观结构更为致密与均匀,有效承载面积增大,岩石内部在泊松效应的影响下持续产生横向拉应力,转单调加载后岩石裂隙尺寸、裂隙密度和破碎程度降低,发生强化,呈张拉–剪切的复合裂隙网络.

地震多发区尾矿抗液化强度与动力变形特性试验

为了研究地震多发区尾矿的抗液化强度和动力变形特性,以某上游法尾矿库中尾矿为研究对象,首先探究沉积固结方式与尾矿细粒含量(FC)的关系;此外,通过开展动三轴试验研究FC对尾矿抗液化性能和动力变形特性的影响,并从尾矿的微观结构特征出发,分析FC对尾矿动力变形特性的作用机制.结果表明:上层尾矿主要经历淋滤固结和化学固结,下层尾矿主要经历自重固结,而FC随取样深度非线性增加.对数坐标下的动剪应力随动循环次数增加近似线性减小,而有效固结围压(σ′_(3c))增大使尾矿颗粒接触更加紧密,导致尾矿结构破坏需要更强的动载荷.尾矿的抗液化强度随FC增加先降低后升高,FC越小,尾矿的抗液化强度越高、循环应力比衰减越快,而FC变化对动孔隙水压比的影响较小.尾矿的动孔隙水压比–振次比曲线呈现“减速增长—稳定增长—加速增长”的3阶段发展趋势,而较大的固结压力能够在一定程度上抑制动孔隙水压增长,此外,基于三参数动孔隙水压模型,得到了适用于本文尾矿的两参数动孔隙水压简化模型.随着FC增大,尾矿的动剪切模量先减小后增大、阻尼比先增大后减小,尾矿的动力变形特性逐渐由粗颗粒控制向细颗粒控制转变,该过程细粒含量存在临界值.研究结果可为地震多发区尾矿库稳定性评价及尾矿动力分析提供理论依据.

基于突变理论的采空区顶板安全厚度多因素预测模型

确定采空区顶板安全厚度对保证矿山作业的安全具有重要意义。本文采用有限差分软件FLAC^(3D),基于尖点突变理论和强度折减法研究西石门铁矿采空区顶板安全系数与其厚度的函数关系,建立了顶板安全厚度判断方法。在此基础上,通过单因素试验研究了采空区纵深、跨度、高度、顶板黏聚力与抗拉强度对采空区顶板安全厚度的影响,结果表明:纵深、跨度、顶板黏聚力、抗拉强度与顶板安全厚度之间分别呈线性、非线性正相关、非线性负相关、非线性负相关的变化关系;高度对顶板安全厚度的影响非常小。本文建立了综合考虑采空区纵深、跨度、顶板黏聚力与抗拉强度4种因素的采空区顶板安全厚度预测模型,为确定采空区顶板安全厚度提供了新的研究方法,且模型预测结果与某硫铁矿瞬变电磁勘探结果相吻合,验证了预测模型方法的科学性和有效性。