本文關(guān)鍵詞：廢石膠結(jié)材料蠕變與循環(huán)載荷條件下變形破壞機(jī)理研究

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【摘要】：廢石膠結(jié)充填體是構(gòu)成人工礦柱的主要材料。在工程實(shí)際中,在爆破開(kāi)挖時(shí),人工礦柱會(huì)受到?jīng)_擊載荷的作用；而在爆破開(kāi)挖后的礦石回采階段,人工礦柱主要受到恒載作用。因此,人工礦柱實(shí)際上主要受到反復(fù)加卸載荷和分級(jí)恒載的作用。所以研究廢石膠結(jié)充填體的在這兩種載荷作用下的破壞機(jī)理和破壞前兆現(xiàn)象便很有意義。本文以國(guó)家自然科學(xué)基金：循環(huán)載荷下礦山固廢膠結(jié)充填體損傷過(guò)程聲發(fā)射特性研究(No.51304083)項(xiàng)目為依托,對(duì)不同灰沙比的廢石膠結(jié)充填體進(jìn)行了分級(jí)蠕變聲發(fā)射試驗(yàn)和循環(huán)加卸載聲發(fā)射試驗(yàn),得到了在這兩種載荷作用下的廢石膠結(jié)充填體變形和聲發(fā)射特征；在此基礎(chǔ)上在PFC3D中引入應(yīng)力腐蝕模型來(lái)模擬了不同灰沙比的廢石膠結(jié)充填體的不同時(shí)長(zhǎng)分級(jí)蠕變過(guò)程；最后,在試驗(yàn)和模擬的基礎(chǔ)上,建立了非定常蠕變模型來(lái)描述廢石膠結(jié)充填體的蠕變過(guò)程。研究結(jié)果表明：(1)在單軸受載條件下,廢石膠結(jié)充填體試樣的破壞方式主要分為剪切式(Ⅰ型)和張開(kāi)式(Ⅱ型)：在分級(jí)蠕變載荷作用下,兩類(lèi)試樣都有明顯的體積不變和體積變形階段,但是只有Ⅱ型試樣有明顯的擴(kuò)容階段：通過(guò)數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn),廢石膠結(jié)充填體內(nèi)部充填料的破壞主要集中在宏觀滑移面上時(shí),廢石膠結(jié)充填體做剪切式破壞；當(dāng)大量剪切破壞出現(xiàn)在宏觀滑移面之外時(shí),廢石向外側(cè)的位移較大,使得廢石膠結(jié)充填體做張開(kāi)式破壞；應(yīng)變激增階段的出現(xiàn)來(lái)自于廢石膠結(jié)充填體內(nèi)部某一部位廢石閭的率先較大張開(kāi)：試樣的蠕變過(guò)程由建立的非定常蠕變模型描述。(2)對(duì)于蠕變?cè)囼?yàn),在會(huì)引起試樣破壞的恒載作用下,隨著試樣進(jìn)入加速蠕變狀態(tài),Ⅰ型試樣在微裂紋之間不斷貫通連接的過(guò)程中最終形成宏觀滑移面從而破壞,這一過(guò)程伴隨著聲發(fā)射振幅出現(xiàn)增大的趨勢(shì),并在試樣破壞時(shí)釋放強(qiáng)度較大的聲發(fā)射,聲發(fā)射事件率表現(xiàn)為整體稍微增大并在最后迅速減小的特征,聲發(fā)射b值表現(xiàn)為“鋸齒狀波動(dòng)——?jiǎng)×覝p小”的循環(huán)模式：Ⅱ型試樣中的廢石在微裂紋之間不斷貫通連接的過(guò)程中相互分離,從而導(dǎo)致試樣破壞,這一過(guò)程伴隨著聲發(fā)射振幅的減小,并在試樣破壞時(shí)釋放強(qiáng)度較大的聲發(fā)射,聲發(fā)射事件率會(huì)出現(xiàn)大幅度降低,聲發(fā)射b值表現(xiàn)為在不斷的做鋸齒狀波動(dòng)中呈增大趨勢(shì)。(3)對(duì)于循環(huán)加卸載試驗(yàn),在加載過(guò)程中,當(dāng)相對(duì)應(yīng)力水平較小時(shí),試樣內(nèi)部的微破裂以原有缺陷的閉合為主,聲發(fā)射出現(xiàn)的較少,對(duì)應(yīng)的聲發(fā)射b值表現(xiàn)為整體增大的趨勢(shì)；當(dāng)相對(duì)應(yīng)力水平較高時(shí),試樣內(nèi)部的微裂紋處于以大尺度破壞為主的穩(wěn)定擴(kuò)展?fàn)顟B(tài),聲發(fā)射現(xiàn)象大量出現(xiàn),對(duì)應(yīng)的聲發(fā)射b值表現(xiàn)為整體減小的趨勢(shì),局部在一定范圍內(nèi)波動(dòng)的變化規(guī)律；試樣在加載到破壞的過(guò)程中,內(nèi)部微裂紋不斷的連接與貫通,這一過(guò)程伴隨著聲發(fā)射事件率的激增,聲發(fā)射b值整體呈“減小—平穩(wěn)—減小”的變化規(guī)律；在卸載過(guò)程中,試樣只在卸載初期內(nèi)部有微裂紋的擴(kuò)展,聲發(fā)射事件率逐漸減小,聲發(fā)射b值波動(dòng)幅度越來(lái)越小。(4)由于廢石膠結(jié)充填體這種混凝士類(lèi)的多相復(fù)合材料,在受到載荷作用之前,其內(nèi)部已含有許多不同性質(zhì)的微裂紋、微孔洞以及微觀構(gòu)造上的不均勻性,即便是在較低的應(yīng)力作用下,低強(qiáng)度的微裂紋、微孔洞等微觀缺陷也會(huì)受壓變形而開(kāi)裂和擴(kuò)展,所以在循環(huán)加卸載作用下會(huì)出現(xiàn)明顯的費(fèi)利西蒂效應(yīng),效應(yīng)區(qū)間大概為相對(duì)應(yīng)力水平28.1%-33.9%以及75.3%以上。
【關(guān)鍵詞】：廢石膠結(jié)充填體 蠕變 循環(huán)加卸載 聲發(fā)射 PFC
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TD801
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 引言12-14
• 2 文獻(xiàn)綜述14-31
• 2.1 混凝土類(lèi)材料受不同載荷作用的研究現(xiàn)狀14-16
• 2.2 聲發(fā)射技術(shù)理論基礎(chǔ)及應(yīng)用現(xiàn)狀16-23
• 2.2.1 聲發(fā)射信號(hào)的產(chǎn)生機(jī)理16-17
• 2.2.2 聲發(fā)射信號(hào)的傳播形式17-18
• 2.2.3 聲發(fā)射信號(hào)參數(shù)18-19
• 2.2.4 聲發(fā)射噪聲的來(lái)源和排除19-20
• 2.2.5 影響聲發(fā)射信號(hào)的因素20
• 2.2.6 聲發(fā)射檢測(cè)儀器簡(jiǎn)介20-21
• 2.2.7 聲發(fā)射技術(shù)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀21-23
• 2.3 充填材料研究現(xiàn)狀23-25
• 2.4 研究?jī)?nèi)容25-29
• 2.4.1 研究目標(biāo)25
• 2.4.2 研究方法25-26
• 2.4.3 研究方案26-28
• 2.4.4 技術(shù)路線28-29
• 2.5 本章小結(jié)29-31
• 3 廢石膠結(jié)充填體分級(jí)蠕變破壞規(guī)律與聲發(fā)射特征31-64
• 3.1 廢石膠結(jié)充填體分級(jí)蠕變聲發(fā)射試驗(yàn)條件和方案31-35
• 3.1.1 試驗(yàn)系統(tǒng)31-32
• 3.1.2 試樣制備32-35
• 3.1.3 實(shí)驗(yàn)方案35
• 3.2 廢石膠結(jié)充填體分級(jí)蠕變變形特征35-40
• 3.2.1 Ⅰ型試樣變形特征36-38
• 3.2.2 Ⅱ型試樣變形特征38-40
• 3.3 廢石膠結(jié)充填體分級(jí)蠕變?cè)囼?yàn)聲發(fā)射特征40-54
• 3.3.1 廢石膠結(jié)充填體試樣聲發(fā)射振幅特征40-47
• 3.3.2 廢石膠結(jié)充填體試樣聲發(fā)射事件率特征47-54
• 3.4 廢石膠結(jié)充填體試樣聲發(fā)射b值特征54-62
• 3.4.1 聲發(fā)射b值原理54-55
• 3.4.2 聲發(fā)射b值特征55-62
• 3.5 本章小結(jié)62-64
• 4 循環(huán)加卸載下廢石膠結(jié)充填體變形與聲發(fā)射特征64-80
• 4.1 廢石膠結(jié)充填體循環(huán)加卸載試驗(yàn)條件和方案64-65
• 4.1.1 試驗(yàn)系統(tǒng)64
• 4.1.2 試樣制備64-65
• 4.1.3 試驗(yàn)方案65
• 4.2 循環(huán)加卸載下廢石膠結(jié)充填體變形特征65-68
• 4.3 循環(huán)加卸載下廢石膠結(jié)充填體聲發(fā)射特征68-78
• 4.3.1 聲發(fā)射凱塞效應(yīng)和費(fèi)利西蒂效應(yīng)68-70
• 4.3.2 聲發(fā)射b值特征70-78
• 4.4 本章小結(jié)78-80
• 5 廢石膠結(jié)充填體蠕變與循環(huán)加卸載破壞過(guò)程數(shù)值分析80-92
• 5.1 廢石膠結(jié)充填體模型的建立和細(xì)觀參數(shù)的確定80-87
• 5.1.1 PFC3D簡(jiǎn)介80
• 5.1.2 PFC3D的基本思想與假設(shè)80-81
• 5.1.3 粘結(jié)模型的選擇81-83
• 5.1.4 單軸模型的建立和細(xì)觀參數(shù)確定83-85
• 5.1.5 應(yīng)力腐蝕模型原理及細(xì)觀參數(shù)的確定85-87
• 5.2 PFC模擬結(jié)果87-91
• 5.3 本章小結(jié)91-92
• 6 廢石膠結(jié)充填體非定常蠕變模型92-100
• 6.1 蠕變模型建立方法92-93
• 6.2 西原蠕變模型原理93-95
• 6.3 非定常蠕變模型的建立95-96
• 6.4 非定常蠕變模型參數(shù)辨識(shí)96-99
• 6.4.1 非線性最小二乘法原理96-97
• 6.4.2 參數(shù)辨識(shí)結(jié)果97-99
• 6.5 本章小結(jié)99-100
• 7 結(jié)論100-104
• 7.1 主要結(jié)論100-101
• 7.2 創(chuàng)新點(diǎn)101-102
• 7.3 研究展望102-104
• 參考文獻(xiàn)104-113
• 作者簡(jiǎn)歷及在學(xué)研究成果113-115
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集115

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本文編號(hào)：903743