分层胶结充填体力学特性及裂纹演化规律

在进行大尺寸采空区嗣后充填过程中,胶结充填体易出现分层等结构现象.为深入分析结构特征对胶结充填体力学特性及裂纹演化规律的影响,首先制作中间层高度比为0.2、0.4、0.6和0.8,灰砂比为1∶4、1∶6、1∶8和1∶10的分层胶结充填体试件,然后利用GAW–2000伺服试验系统开展单轴压缩试验,最后借助二维颗粒流软件(PFC–2D),分析胶结充填体内部裂纹分布规律.结果表明:(1)分层充填体单轴抗压强度与高度比呈指数函数关系、与灰砂比呈多项式函数关系;弹性模量与高度比及灰砂比均呈多项式函数关系;单轴抗压强度及弹性模量均随高度比的增加而减小、随灰砂比的增大而增大,且两者对灰砂比敏感度更高.(2)充填体内部裂纹演化曲线先缓慢上升,达到单轴抗压强度的80%左右时快速上升,且灰砂比越大、高度比越大,上升速度越快,拐点到来越早,充填体试件越易发生破坏,超过单轴抗压强度后曲线开始迅速下降.(3)分层充填体主要表现为剪切破坏、张拉破坏及共轭剪切破坏,且破坏主要集中于中间软弱层;高度比越大,试件内部裂纹越密集,灰砂比越大,裂纹越易向两端演化.

高阶段嗣后分层胶结充填体强度及结构优化研究

为解决高阶段嗣后分层胶结充填体强度设计保守导致充填成本过高的问题,以大冶铁矿矿岩—充填体力学参数为基础,通过3种力学理论模型进行了分层胶结充填体强度需求解析计算。开展了以充填次数与分层结构为影响因素的充填体强度影响规律研究,得到了胶结充填体强度与充填次数之间的数学模型及折减系数。采用FLAC^(3D)软件进行了二步骤采充时序的数值模拟搜索计算,得到了中间层充填体的黏聚力及强度需求的最小数值解,并在此基础上对高阶段嗣后分层胶结充填体的灰砂比及分层结构进行了优化。研究成果有助于大幅减少矿山胶结剂用量,降低充填成本,可为类似矿山进行充填体结构及强度优化设计提供参考。

不同养护龄期下分层胶结充填体力学特性研究

为探究养护龄期对分层胶结充填体力学特性的影响,对不同养护龄期下的分层胶结充填体进行了单轴压缩试验,获得了分层胶结充填体的应力-应变曲线,分析了分层胶结充填体的峰值强度、弹性模量及强度折减系数。结果表明:分层胶结充填体与完整充填体具有类似的应力-应变曲线,各养护龄期下应力-应变曲线均分为4个阶段,但是不同养护龄期之间存在明显区别;分层胶结充填体的抗压强度和弹性模量随养护龄期的增加而增加;各养护龄期下的分层胶结充填体的强度折减系数均小于1,分层结构对其强度有明显的弱化效应,随着养护时间的延长,这种弱化效应减弱,因此,适当延长养护龄期有利于减弱分层效应。