非饱和尾矿砂抗剪强度参数分布与安全影响

为探究非饱和尾矿砂对尾矿库安全状态的影响,首先通过二维非饱和渗流试验和常规直剪试验相结合的方法研究非饱和尾矿砂黏聚力、内摩擦角的空间分布特征;然后利用参数优化方法确定解析模型中的未知参数,并用优化后的模型拟合非饱和渗流试验结果;最后采用数值计算分析非饱和尾矿砂对尾矿坝安全系数的影响。结果表明:非饱和尾矿砂含水率在水平和竖直方向呈指数分布规律;黏聚力随含水率的增加先增后减,内摩擦角随含水率的增加单调递减,抗剪强度参数具有空间分布;引入非饱和尾矿砂后尾矿坝安全系数明显减小,随着非饱和尾矿砂厚度的增加,安全系数缓慢减小。     

压实度和含水率对铁尾矿抗剪强度影响的试验分析

以阜新同乃铁矿排放的铁尾矿为研究对象,经试验得出其级配不良,属于含砂低液限粉土.通过室内试验分析了不同含水率和压实度条件下铁尾矿的抗剪强度.结果表明,铁尾矿的抗剪强度与其含水率和压实度之间有很大的相关性.相同压实度条件下,黏聚力随含水率升高呈先增大后减小的规律,存在特征含水率,在特征含水率条件下黏聚力达到最大值.黏聚力与含水率可近似拟合为二次函数.土颗粒间的水膜联结和胶结作用对黏聚力的产生具有重要作用,黏聚力因含水率的不同而变化较大.试验得出含水率变化对铁尾矿内摩擦角的影响较小,这是因为砂土的内摩擦角与砂土的颗粒结构、大小及密实程度密切相关,而铁尾矿中的粗粒含量较高,含水率变化不会引起其颗粒结构、大小及密实程度的显著变化.在相同含水率条件下,铁尾矿的黏聚力和内摩擦角均随压实度增大而呈近似线性增大.不同含水率和压实度条件下,铁尾矿的黏聚力均不大,铁尾矿的抗剪强度主要依靠内摩擦角的贡献.考虑铁尾矿材料的抗剪强度因压实度和含水率不同而变化,可使尾矿库稳定性分析结果更符合实际情况.     

毛细驱动诱发的尾矿强度劣化演化规律及机制

为了研究毛细作用对尾矿坝工程性质的影响规律及机制,以陕西某铜矿尾矿为研究对象,通过直剪试验对自然含水状态下、毛细饱和状态下、重力饱和状态下堆积坝外坡和沉积滩面不同距离处的尾矿进行力学性质测试。结果表明：尾矿黏聚力随粒径减小逐渐增大,内摩擦角随粒径减小逐渐减小,二者共同作用影响其抗剪强度;随含水率的增大,尾矿强度逐渐下降;浸润线以上毛细饱和带中尾矿含水率与浸润线以下尾矿含水率相等;基于以上研究结果,引入毛细饱和带概念,提出了基于毛细作用影响的尾矿坝真实浸润线的概念与计算方法,修正了浸润线高度计算公式。     

金尾矿与土工格栅界面摩擦特性的试验

尾矿坝加筋设计时,土工格栅与尾矿界面摩擦特性是影响加筋结构安全稳定的重要因素。通过室内拉拔试验,分析了上覆压力、含水率和拉拔速率3个试验条件对筋-尾矿界面摩擦参数的影响。结果表明:含水率对似黏聚力和似摩擦角的影响显著,但随含水率增大似黏聚力与界面摩擦强度变化趋势一致,都呈现先增大后减小的规律,在含水率变化情况下的界面参数选取中主要考虑似黏聚力;拉拔速率对似摩擦角比对似黏聚力的影响大,且似摩擦角与界面摩擦强度都随拉拔速率增大而增大,但似摩擦角增大速率逐渐减缓,随拉拔速率加大,对界面参数的主要影响开始由似摩擦角向似黏聚力转变;在不同尾矿含水率或拉拔速率情况下似摩擦系数均随法向应力增大呈非线性递减,可用二次抛物线拟合反映二者关系,且含水率对似摩擦系数的影响比拉拔速率对其的影响大,而在法向应力一定情况下,似摩擦系数随含水率的变化与对应界面参数似黏聚力的变化规律相同,随拉拔速率的变化与对应的界面参数似摩擦角的变化规律相同。     

冲击地压巷道塑性区本构模型及影响因素研究

为研究冲击地压对深部巷道造成的动力灾害问题,以阜新恒大煤矿为背景,分析冲击地压巷道塑性区本构模型及影响因素。考虑损伤的临界冲击应力和临界冲击半径,基于弹塑性理论建立冲击地压巷道塑性区本构模型,通过三轴试验获取模型参数,结合现场实测数据验证模型,分析弹性模量、峰后降模量、黏聚力、内摩擦角及支护应力等5个因素对临界冲击应力、半径的影响。结果表明:临界冲击应力小于巷道上方岩层自重,易发生冲击地压,与实际情况相吻合;临界冲击应力随黏聚力、内摩擦角的增大均存在极小值点;临界冲击半径随黏聚力的增大逐渐减小、随内摩擦角的增大逐渐增大;黏聚力越大发生冲击地压的概率越大;弹性模量、峰后降模量及支护应力与临界冲击应力、半径均呈单调变化关系。     

冻融循环下路基改良土力学特性及破坏应变能密度研究

为了探究冻融循环条件下水泥改良路基土的力学特性变化,设计正交试验方案进行相应冻融循环条件下的三轴压缩试验,得到强度影响因素的敏感性排序,找到最佳试样配合比,并引入破坏应变能密度的概念,从能量角度对宏观力学变化规律进行了探究.结果表明:不同试验条件下,水泥改良土经历1次冻融循环作用后强度降低明显,初始黏聚力最大降低49.4％;水泥改良土强度影响因素中龄期及压实度的敏感性较强;水泥改良土在不同围压下经历1次冻融循环,破坏应变能密度分别降低41.12％、38.84％、34.73％、37.80％;分析发现破坏应变能密度和宏观强度与冻融循环次数呈负相关,与围压呈正相关.     

深部大跨度泥质顶板剪切冒落失稳区预测研

为了预测深部大跨度泥质顶板剪切冒落失稳区范围,基于泥岩峰后黏聚力软化-内摩擦角硬化的力学特性,获得了基于Mohr-Coulomb理论的泥岩峰后黏聚力软化-内摩擦角硬化的力学模型及参数,构建了深部大跨度泥质巷道数值模型,提出了泥岩峰后各强度参数变化对巷道顶板剪切破坏区的影响范围。结果表明:泥岩在峰后剪切破坏过程中具有明显的黏聚力软化-内摩擦角硬化特性;基于泥岩峰后黏聚力软化-内摩擦角硬化计算获得的巷道顶板剪切冒落高度小于黏聚力软化-内摩擦角软化的计算高度;巷道顶板潜在剪切破坏区位置及范围与泥岩峰后黏聚力软化-内摩擦角硬化计算结果十分接近。     

某铀尾矿库坝体渗透破坏力学因素分析及试验探究

由于铀尾矿库坝体尾矿砂的碎散性和多相性,渗流作用下相互接触的土颗粒组成的"土骨架"出现的变形或破坏一直受到高度重视,但对其渗透破坏的影响参数试验研究较少。铀尾矿坝体的粗粒土粒径级配不均匀系数、含水率不同的抗剪强度等是影响临界水力坡降的主要因素。在试验的基础上,通过分析得出铀尾矿砂颗粒均匀且级配良好、含水率为26%～34%的粗粒土渗透破坏坡降,比颗粒不均匀、含水率不佳的粗粒土渗透破坏坡降明显提高的结论。     

低围压下含瓦斯煤三轴压缩变形时的能量变化规律

为探究煤体在受压过程中的能量特征及临界破坏点能量变化规律，基于常规三轴压缩下含瓦斯煤的应力-应变曲线，分析含瓦斯煤破坏过程中弹性应变能和耗散能随应变变化的规律，据此给出含瓦斯煤在不同围压、含水率下变形破坏时的能量解释。研究结果表明：有效能比在同一围压下随着含水率的增大先增加后减小，表明含水率的增大会降低煤样强度。建立围压和含水率对含瓦斯煤三轴压缩变形过程中临界破坏点总能量耦合关系的多元线性回归方程，取得了较好的拟合度。     

尾矿砂绿色混凝土梁受剪性能试验研究

利用不同尾矿砂取代率的混凝土梁斜截面受剪性能进行试验研究,结果表明:尾矿砂绿色混凝土梁与普通混凝土梁的受力破坏形态相似,在相同荷载下,尾矿砂绿色混凝土梁的箍筋应变大于普通混凝土梁,跨中挠度随着剪跨比的增大而增大;从开裂荷载来看,40%替代率的尾矿砂绿色混凝土梁抗裂性能最好,极限承载能力最高。并根据试验结果建立了较为合理的尾矿砂绿色混凝土梁斜截面受剪承载力计算公式。     

化学腐蚀-冻融条件下加载岩石能量演化规律及耗散模型研究*

为研究在化学腐蚀和冻融循环复合作用下岩石的能量演化规律,以大理岩为研究对象,分析冻融腐蚀岩样能量演化过程,建立与强度衰减参数、pH、冻融次数相关的能量耗散模型,以期为长期服役岩石力学工程安全稳定性评价提供理论支持。研究结果表明:化学腐蚀冻融复合作用下,腐蚀孔隙为水增加了入渗通道,冻胀裂隙同时也为腐蚀溶液提供了贯穿的通道,加剧了岩石内部结构的崩解与裂隙扩展贯通;相同冻融循环次数下,HNO3溶液中的腐蚀岩石弹性模量降幅最高,NaCl溶液次之,NaOH溶液最低;腐蚀岩石弹性应变能的吸收和耗散能的释放,随着冻融循环次数的增大而减小;建立的能量耗散模型对于岩石峰后阶段耗散能具有较高的准确性,能较好地模拟岩石峰后能量转化特征。     

Study on static and dynamic strength characteristics of tailings silty sand and its engineering application

Through high pressure oedometer-undrained triaxial tests and dynamic triaxial tests, researches were conducted on the static and dynamic strength characteristics of the tailings silty sand of No. 4 tailings reservoir in De-xing copper mine. The Mohr-stress circles of the tailings silty sand under all the testing confining pressure show that the single line failure envelope cannot represent the strength characteristics absolutely, the double line failure envelope can express the strength properties when confining pressures are less than 1400 kPa, and the parabolic failure envelope can reflect the strength characteristics well under all the testing confining pressures. The grading curve of the tailings silty sand indicates that the grain composition is relatively homogeneous. Thus, the tailings silty sand is susceptible to liquefy under the dynamic loading. Dynamic triaxial tests of the tailings silty sand show that the tailings silty sand in deep areas has more liquefaction resistance strengths than in shallow. The possible explanation is that the structure of the deep tailings silty sand is more stable than the shallow one. The tests also reveal that the liquefaction resistance increases with the dry density when it is in the range of 1.51-1.61. The results can be used to guide the construction and ensure the safety of No. 4 tailings dam or other high tailings dams.     

不同颗粒级配尾砂稳态强度特性试验研究

颗粒级配是影响土体剪切强度的主要因素之一。通过配置三组不同级配尾砂试样,每组均在100kPa、200kPa、300kPa围压下分别进行不同初始孔隙比的固结不排水剪切试验,研究不同级配下尾砂的剪切特性及稳态强度特性,求出三种级配尾砂的稳态线及稳态内摩擦角。试验结果表明:在低围压时,各级配下饱和松散尾砂的应力-应变曲线呈软化型,且随着围压增高,软化越不明显。平均粒径越小的尾砂,其峰值强度与稳态强度越小,稳态线越靠近e-q坐标系的原点,即在同一荷载作用下,发生液化的可能性越大。为此,有必要加强细粒尾砂堆筑坝体液化势的评估,以防液化溃坝灾难的发生。     

冻融循环作用下岩桥变形破裂及能量转化特征研究*

为研究寒区锁固型岩质边坡的破坏机制,对岩桥试件开展冻融循环试验和单轴压缩试验。以数字图像相关方法为观测手段获得加载过程中的全局应变场,分析冻融循环作用对岩桥变形破裂演化特征的影响。引入能量特征指标,探究冻融岩桥加载过程中的能量耗散和释放规律。研究结果表明:随着冻融循环次数的增加,试件抗压强度和弹性模量逐渐劣化;冻融循环作用未改变最终破坏模式,均表现为剪切裂纹贯穿中部岩桥造成的失稳破坏。冻融循环作用促进应变集中带的出现和扩展,加剧裂隙周边的应变集中程度。随着冻融循环次数的增加,试件储能极限和应变能峰后转化率逐渐降低,说明冻融循环作用减缓能量耗散和释放;试件最终破坏与能量转化密切相关,储能极限和应变能峰后转化率越大,试件脆性破坏越显著。     

体积含水率对铀尾矿氡析出率影响的试验研究

选取我国南方某铀尾矿库的自然尾矿样品,分析了其粒径分布和主要化学成分,设计并制作了测定铀尾矿氡析出率的室内试验装置,采用RAD7氡检测仪测定氡浓度,SM200水分仪测定铀尾矿的体积含水率,并阐述了试验步骤。采用对照试验的方法研究了体积含水率对铀尾矿氡析出率的影响规律。结果表明,随着体积含水率的增加,氡的析出率先上升,当铀尾矿体积含水率达到10%~12%时,氡析出率最高;之后,氡析出率随着铀尾矿体积含水率增加而下降。     

极地冻土低温力学特性及井眼坍塌风险分析*

为解决极地冻土区油气资源储量极大但其力学特性和钻井井壁失稳机理尚不清晰的问题,对冻土岩样开展低温三轴力学特性实验,并基于此开展钻井井壁坍塌失稳相关数值模拟分析。结果表明:冻土的极限强度会随温度的降低和围压的增大而逐渐提高;冻土弹性模量尽管会随温度的降低而增加,但受围压影响较小,而泊松比基本不受温度及围压的影响;冻土内聚力会随实验温度的降低得到较大幅度提升,但不同实验温度范围内温度对冻土内聚力的影响程度存在差异,实验温度高于-12.5 ℃时温度对冻土内聚力的影响较强;极地冻土储层钻井过程近井地带冰的分解会随钻井作业的进行而逐渐变慢,冰的最终分解前缘位置为0.079 6 m,井眼扩大率达到63.51%。研究结果可为极地冻土层油气资源钻井作业设计提供参考与指导。     

不同围压下煤岩损伤变形规律及声发射特征分析

为研究不同围压条件下煤岩的损伤变形,利用RTX-1000岩石三轴仪和Micro-Ⅱ声发射成像采集仪对煤样进行不同围压下的三轴压缩声发射定位试验,对加载过程中的应力应变、AE计数等特征参数进行对比分析,构建基于AE计数的损伤模型,研究三轴压缩下煤岩损伤变形的规律。研究结果表明:在保持应变率恒定的条件下,围压越高,煤样的峰值强度越大,分别为18.04,29.92,32.29,45.94 MPa;围压越高,弹性阶段的AE计数相对减少;煤样发生剪胀扩容变形;基于AE计数构建损伤模型,分析对比损伤应变理论曲线与试验曲线,得到较高的拟合度,且损伤临界值和损伤量随围压的升高呈现减小的趋势;分析理论模型中的速率增长因子,得到试验与理论损伤规律一致。     

冻融循环作用下受荷砂岩的能量演化与破碎分形特征*

为研究冻融循环作用对岩石力学特性的影响,对砂岩试件依次进行冻融循环处理、单轴压缩实验以及筛分实验,分析不同冻融循环次数下砂岩试件加载过程中的能量演化、分配规律以及破坏后碎屑尺度分布的分形特征,并讨论冻融循环作用的影响效应。结果表明:随着冻融循环次数的增加,单轴抗压强度和弹性模量均呈指数衰减的趋势,峰值应力点对应的耗散应变能及其与总能量比值表现出类似的变化规律。这些试件破坏后的碎屑尺度分布具有分形特征,分形维数在2.50~2.61之间。数据拟合进一步表明冻融循环作用下耗散应变能与分形维数之间呈显著的线性正相关关系,这是因为冻融循环次数越大使得砂岩试件的抗压强度越小,破坏所需的耗散应变能越小,试件破碎程度越不严重,导致相应的分形维数越小。     

水分润湿过程中煤中瓦斯解吸规律试验

为了深入探讨水分对煤中瓦斯解吸特性的影响,采用试验和理论分析相结合的方法,按照原煤的固有粒度配比加工制作型煤,充分干燥后使其吸附平衡以模拟原始煤体,然后利用自制的试验装置实现水分自然进入含瓦斯煤,再测试水分润湿含瓦斯煤过程中样品缸内的瓦斯压力变化情况。结果表明:水分润湿含瓦斯煤过程中样品缸内瓦斯压力不断升高,水分能置换出煤中吸附瓦斯;相同吸附平衡压力下,煤样含水率越高,水分占据的有效吸附位越多,累计瓦斯解吸量越大,当煤样含水率达到煤的极限吸水率时,累计瓦斯解吸量达到极限值;同一含水率条件下,随吸附平衡压力增长,煤样吸附饱和度逐渐增加,水分越难进入煤体内部细微孔隙,造成累计瓦斯解吸量逐渐增加,但增幅逐渐减小,随吸附平衡压力不断升高,极限瓦斯解吸量趋于一定值。     

滇东黔西松软煤岩三轴压缩力学特性及能量演化特征

为促进滇东黔西地区煤炭资源安全高效开发,开展了不同围压下的三轴压缩试验,研究了该地区松软煤岩的压缩力学特性及能量演化特征。研究结果表明:裂隙增大了松软煤岩差应力-应变曲线峰后下降的速率,差应力-体积应变曲线从峰前屈服阶段开始左拐,表现出扩容现象,达到峰值强度后扩容现象愈加明显;围压增强了煤岩承压能力,对煤岩压缩变形过程中径向变形的抑制作用明显;围压条件下,松软煤岩的抗压强度、破坏模式及破坏角均符合Coulomb强度准则;围压几乎不影响弹性能的增长速率,但提高了煤样储存弹性能的能力,受割理等裂隙影响,耗散能与围压无明确相关关系。