基于颗粒流的裂隙砂岩腐蚀后裂纹扩展规律分析

基于颗粒流离散元法,对腐蚀后预制裂纹的砂岩进行双轴压缩试验,利用颗粒流PFC^(2D)模拟分析不同化学腐蚀后裂隙岩石的裂纹起裂、扩展和贯通破坏规律。研究结果表明:溶液腐蚀后裂隙砂岩在双轴加载下,加载的侧压不同其应力—应变曲线的变化特征随着侧压加载越大,峰值强度越高。不同化学溶液腐蚀作用下翼形裂纹萌生的角度发生不同程度的变化,翼形裂纹及剪切裂纹萌生的数量及角度会产生明显的变化,其中盐酸溶液对岩石造成损伤程度最大。综合考虑化学腐蚀和力学特性,可以建立裂隙岩石的数值模型,进一步分析其在不同环境下的行为。这对于理解岩石的稳定性和在地质工程方面的应用具有重要意义。

深部片麻岩破坏全过程声发射时频域信号特征及前兆预警研究

针对矿山深部开采中岩石突发性灾害事故频发问题,以揭示岩石破坏前兆特征为目的,以金厂峪金矿深部片麻岩为研究对象,采用单轴压缩声发射试验,研究深部片麻岩承载过程与声发射时频域特征的关联性,并深入分析岩石失稳破坏前声发射时频域参数的前兆特征及两者的耦合性。结果表明:(1)声发射时域参数振铃计数在屈服阶段表现出明显的"单峰"型突增浮动特征;振铃计数率、累计振铃计数和能率、累计能量在临近破坏前呈现"高值突增"现象。(2)岩石破坏全过程声发射主频分为5个频带,低频带信号(0~40 kHz)占比呈现先增大后减小、再增大又减小的规律;中低频带信号(>40~80 kHz)零星分布,无明显特征;中频频带信号(>80~130 kHz)在岩石破坏全过程中占比最大,且呈现稳定变化趋势,临近破坏前呈现快速增大特征;中高频带信号(>130~160 kHz)只在岩石临近破坏前才出现;高频带信号(>160~200 kHz)占比呈现先减小、后增大的规律。(3)临界破坏前振铃计数、能率的"突增"和高频信号在相同时间所表现出的"快速增加"和"下移"特征以及低频信号"缺失"的特征可作为岩石失稳破坏的关键前兆信息。通过分析声发射时频域特征参数变化,可以更加准确地对岩石破坏前兆信息进行判断识别,这对矿山开采及工程施工安全预警具有重要的应用价值。

L型充填管道料浆输送压力损失及优化研究

全尾砂料浆管道输送作业中,料浆管道底部磨损问题比较严重,极大地影响了料浆管道的使用寿命。结合唐山某铁矿全尾砂料浆L型管道充填现状,以L型管道输送压力损失最小为原则进行研究,选择灰砂比为1∶4、1∶6、1∶8,配比浓度为54%、58%、62%的充填料浆作为试验对象,以3、5、7 m/s为料浆流动速度,采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件,基于3D数值模型计算了管道直径为70、80、90、100 mm 4种情况下的压力损失,分析了压力损失的影响因素并进行了优化研究。结果表明:管道直径越大,45°截面的压力越大,L型管道压力损失与管道直径呈二次多项式函数关系,管道直径减小到70 mm或增大到100 mm,都会加速L型管道底部的磨损。为延长矿山L型管道服务时间,最大限度减轻管道底部磨损,建议该矿山L型充填料浆输送管道直径取85 mm,料浆流速3 m/s,灰砂比1∶4,质量浓度64%。

基于DIC技术的不同化学腐蚀后黄砂岩裂纹演化规律研究

鉴于裂纹扩展监测对岩石损伤演化的重要性,开展不同腐蚀条件下含双平行预制裂隙的黄砂岩试件的双轴压缩试验,同时借助DIC非接触全场应变测试系统对破坏过程进行实时监测,探究黄砂岩的双预制裂隙宏观破断机制和裂纹扩展过程力学特征,从宏观角度揭示黄砂岩裂纹演化机制。结果表明:(1)黄砂岩试样在加载过程中产生的新生裂纹以双预制裂隙之间的拉伸破坏为主,裂纹体积应变法表明试样裂纹的发展可分为压密闭合阶段、线弹性阶段、裂纹稳定扩展阶段、裂纹非稳定扩展阶段和峰后应变与破坏阶段;(2)从应力−应变曲线、体积应变曲线和裂纹应变曲线的角度分析,酸性溶液对裂纹的发育形式影响最显著,表现为裂纹更易从拉伸破坏向剪切破坏转移,碱性溶液的应力−应变曲线的线弹性阶段较长,随后裂纹发展进入裂纹稳定扩展阶段,在即将抵达峰值前会出现“短暂平静期”;(3)水化学损伤对裂纹尖端的作用等效为力学效应,酸性溶液会导致翼型裂纹端部产生大量次生裂纹,使其破坏程度更为严重,而碱性溶液对裂纹的发展存在抑制作用。

某铁矿胶结充填体特性试验及配比研究

为了找出最适合某铁矿充填料浆的优化配比方案,降低矿山充填成本,保证采空区的稳定性,通过设置不同灰砂比、重量浓度、养护龄期3种参数,对充填体单轴抗压强度、泌水率、固结率、固结比进行测定分析,研究结果表明:影响充填体强度的因素依次为养护龄期、灰砂比、质量浓度。确定最适合该矿山的充填料浆配比方案为灰砂比1∶4,料浆浓度为66%时充填体28d强度为3.48MPa。