充填法開采契合當今我國綠色礦山建設(shè)的時代需求。其中,充填體力學特性研究是金屬礦充填法開采領(lǐng)域的重要內(nèi)容之一。傳統(tǒng)尾砂膠結(jié)充填體在復雜應(yīng)力環(huán)境和開采擾動下表現(xiàn)為抗裂韌性差、易發(fā)生片幫和脆性斷裂等現(xiàn)象。而目前針對膠結(jié)充填體宏-細-微多尺度力學特性的研究仍較少。因此,本文探索制備一種整體強度高、抗裂和抗沖擊性能好的摻纖維尾砂膠結(jié)充填體,以期實現(xiàn)既能降低充填體混入造成貧化,又能滿足礦山開采的力學強度要求。本文采用室內(nèi)實驗、理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場工業(yè)試驗相結(jié)合的研究方法,開展了纖維類型及摻量對尾砂膠結(jié)充填體力學性能影響機制的基礎(chǔ)研究,探明了抗彎條件下?lián)嚼w維尾砂充填體裂紋擴展機理與演化規(guī)律,分析了沖擊荷載下?lián)嚼w維尾砂充填體的動態(tài)力學特性。(1)從宏觀角度研究了摻纖維尾砂充填體的抗壓力學特性。結(jié)果表明摻纖維充填體具有“裂而不碎”的特征,聚丙烯纖維的增強效果最顯著,纖維摻量的臨界點為0.6%;充填體Φ50mm的最優(yōu)纖維長度為12mm,其聲發(fā)射演變過程可劃分為壓密、平靜、密集和活躍共四個階段。(2)探究了摻加纖維對膠結(jié)充填體抗裂性能和峰后韌性的改善效果,并建立了數(shù)值模型從細觀角度揭示了摻纖維充填體梁的...

【文章頁數(shù)】：153 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題背景及研究意義
    1.2 摻纖維充填體力學特性研究綜述
    1.3 CT技術(shù)研究應(yīng)用的現(xiàn)狀
    1.4 充填體動力學特性研究綜述
        1.4.1 動力學特性試驗
        1.4.2 動態(tài)損傷破壞機理
        1.4.3 動態(tài)損傷本構(gòu)模型
    1.5 主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線
        1.5.1 主要研究內(nèi)容
        1.5.2 研究方法和技術(shù)路線
2 摻纖維尾砂充填體抗壓特性試驗研究
    2.1 引言
    2.2 試驗方案
        2.2.1 原材料及特性
        2.2.2 充填體試樣制備
        2.2.3 方案設(shè)計和加載設(shè)備
    2.3 單一尺寸單軸抗壓強度試驗研究
        2.3.1 纖維類型和摻量對充填體抗壓強度的影響
        2.3.2 波速與單軸抗壓強度的關(guān)系
        2.3.3 充填體破壞模式
        2.3.4 變形特征分析
    2.4 多尺寸充填體單軸抗壓強度試驗研究
        2.4.1 不同幾何形狀充填體力學特性
        2.4.2 不同纖維長度對充填體的影響作用
        2.4.3 尺寸大小和纖維長度的耦合作用
    2.5 三軸抗壓強度試驗及聲發(fā)射特性研究
        2.5.1 加載試驗強度結(jié)果
        2.5.2 充填體損傷破裂的分形特征
        2.5.3 聲發(fā)射參數(shù)時序演化規(guī)律
    2.6 本章小結(jié)
3 摻纖維尾砂充填體抗拉特性試驗研究
    3.1 引言
    3.2 摻纖維尾砂充填體劈裂抗拉特性
        3.2.1 圓盤劈裂損傷階段劃分
        3.2.2 劈裂荷載下的裂紋擴展
    3.3 摻纖維尾砂充填體抗彎探索性試驗
        3.3.1 試驗方案設(shè)計
        3.3.2 荷載-撓度(時間)曲線
        3.3.3 充填體試件破壞形態(tài)
    3.4 摻纖維尾砂充填體抗彎優(yōu)化試驗
        3.4.1 各因素對抗彎強度的影響效應(yīng)
        3.4.2 彎曲韌性評價及分析
        3.4.3 荷載-撓度曲線的擬合模型
    3.5 摻纖維尾砂充填體裂紋擴展機理與演化規(guī)律
        3.5.1 建立摻纖維充填體梁模型
        3.5.2 充填體梁破壞演化過程
    3.6 本章小結(jié)
4 摻纖維尾砂充填體細觀結(jié)構(gòu)及力學特性研究
    4.1 引言
    4.2 摻纖維增強充填體特性機理研究
        4.2.1 灰砂比和養(yǎng)護齡期的影響作用
        4.2.2 纖維幾何分布及聯(lián)結(jié)作用
        4.2.3 纖維-充填基質(zhì)界面結(jié)合性能
        4.2.4 充填體基質(zhì)能譜圖分析
    4.3 CT試樣制備及測試結(jié)果
        4.3.1 試驗方案設(shè)計
        4.3.2 測試設(shè)備和原理
        4.3.3 加載測試試驗結(jié)果
    4.4 摻纖維尾砂充填體損傷細觀表征
        4.4.1 灰度特征統(tǒng)計
        4.4.2 二維圖像缺陷分析
        4.4.3 三維重構(gòu)模型孔裂隙結(jié)構(gòu)分析
    4.5 本章小結(jié)
5 摻纖維尾砂充填體動力學特性試驗研究
    5.1 引言
    5.2 試樣制備方案及沖擊設(shè)備
    5.3 SHPB沖擊作用下的結(jié)果分析
        5.3.1 摻纖維充填體的動態(tài)波形特征
        5.3.2 動態(tài)強度及應(yīng)變率效應(yīng)
        5.3.3 單次和循環(huán)沖擊作用下的破壞特征
    5.4 摻纖維尾砂充填體的動態(tài)本構(gòu)模型
        5.4.1 動態(tài)本構(gòu)模型的構(gòu)建
        5.4.2 本構(gòu)模型驗證
    5.5 本章小結(jié)
6 下向進路充填法充填假頂現(xiàn)場工業(yè)應(yīng)用
    6.1 工程背景
    6.2 下向進路充填法開采試驗采場確定
    6.3 下向進路充填法假頂力學模型
        6.3.1 基于簡支梁理論的充填假頂力學模型
        6.3.2 下向進路充填法開采充填假頂數(shù)值模擬
    6.4 下向進路充填法假頂構(gòu)筑
        6.4.1 下向進路充填法開采充填假頂構(gòu)筑工藝
        6.4.2 下向進路充填法開采充填假頂構(gòu)筑成本對比
    6.5 本章小結(jié)
7 結(jié)論與展望
    7.1 主要結(jié)論
    7.2 創(chuàng)新點
    7.3 不足與展望
參考文獻
作者簡歷及在學研究成果
學位論文數(shù)據(jù)集



本文編號：3751937