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,在爆破開挖時(shí),人工礦柱會受到?jīng)_擊載荷的作用；而在爆破開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)充填體損傷過程聲發(fā)射特性研究(No.51304083)項(xiàng)目為依托,對不同灰沙比的廢石膠結(jié)充填體進(jìn)行了分級蠕變聲發(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)力腐蝕模型來模擬了不同灰沙比的廢石膠結(jié)充填體的不同時(shí)長分級蠕變過程；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描述廢石膠結(jié)充填體的蠕變過程。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)和張開式(Ⅱ型)：在分級蠕變載荷作用下,兩類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)充填體做張開式破壞；應(yīng)變激增階段的出現(xiàn)來自于廢石膠結(jié)充填體內(nèi)部某一部位廢石閭的率先較大張開：試樣的蠕變過程由建立的非定常蠕變模型描述。(2)對于蠕變試驗(yàn),在會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程中最終形成宏觀滑移面從而破壞,這一過程伴隨著聲發(fā)射振幅出現(xiàn)增大的趨勢,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——?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程中相互分離,從而導(dǎo)致試樣破壞,這一過程伴隨著聲發(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中呈增大趨勢。(3)對于循環(huán)加卸載試驗(yàn),在加載過程中,當(dāng)相對應(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,對應(yīng)的聲發(fā)射b值表現(xiàn)為整體增大的趨勢；當(dāng)相對應(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),對應(yīng)的聲發(fā)射b值表現(xiàn)為整體減小的趨勢,局部在一定范圍內(nèi)波動的變化規(guī)律；試樣在加載到破壞的過程中,內(nèi)部微裂紋不斷的連接與貫通,這一過程伴隨著聲發(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值波動幅度越來越小。(4)由于廢石膠結(jié)充填體這種混凝士類的多相復(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受壓變形而開裂和擴(kuò)展,所以在循環(huán)加卸載作用下會出現(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)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：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)射信號的產(chǎn)生機(jī)理16-17
• 2.2.2 聲發(fā)射信號的傳播形式17-18
• 2.2.3 聲發(fā)射信號參數(shù)18-19
• 2.2.4 聲發(fā)射噪聲的來源和排除19-20
• 2.2.5 影響聲發(fā)射信號的因素20
• 2.2.6 聲發(fā)射檢測儀器簡介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 研究內(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)充填體分級蠕變試驗(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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