基于PFC的废石胶结充填体破坏规律研究

基于煤矸石似膏体胶结充填法控制下的覆岩移动规
律研究的开题报告
研究背景及意义：
在煤矿生产过程中，地表覆岩层往往会随着煤层采取而移动，造成
地面塌陷、地铁线路破坏等问题。

因此，为了保障煤矿生产安全及地面
建筑设施的安全稳定，需要采取有效的方法控制覆岩层的移动。

煤矸石似膏体胶结充填法是一种经济、环保、高效的覆岩控制方法，对煤矿地面建筑设施及地表环境的保护作用显著。

然而，在充填过程中，覆岩和胶结料之间的相互作用会影响覆岩层的移动规律，因此需要对覆
岩移动规律进行研究。

研究内容：
本研究基于煤矸石似膏体胶结充填法控制下的覆岩移动规律进行研究，重点包括以下几个方面：
1. 煤矸石似膏体胶结充填法的原理及工艺流程研究，探讨不同胶结
材料对覆岩层的控制效果；
2. 建立覆岩移动数学模型，探讨覆岩层移动的原因及规律；
3. 利用数值模拟工具，对覆岩层移动过程进行模拟，研究胶结料性质、覆岩结构等因素对覆岩移动规律的影响；
4. 利用实验室实验，验证数值模拟结果的准确性，提高煤矸石似膏
体胶结充填法的技术应用水平。

研究意义：
通过本研究的深入探讨，可以为煤矸石似膏体胶结充填法在煤矿覆
岩层控制中的应用提供技术支撑。

同时，本研究可以揭示覆岩移动的原
因及规律，为其他覆岩层控制方法提供参考。

此外，本研究对煤矿生产安全及地面建筑设施的保护也具有重要的现实意义。

《矸石骨料胶结充填体蠕变特性研究》篇一一、引言随着矿山资源的不断开采，矸石作为一种常见的废弃物，其处理与利用成为矿业工程中一个亟待解决的问题。

而矸石骨料胶结充填技术，因其对环境保护及资源再利用的积极意义，得到了广泛的关注。

在此技术中，充填体的蠕变特性对于矿井安全与稳定性具有重要意义。

本文针对矸石骨料胶结充填体的蠕变特性进行研究，以期为相关工程实践提供理论依据和指导。

二、矸石骨料及其胶结充填技术概述矸石骨料主要由矿山开采过程中产生的废弃岩石经过破碎、筛分等工艺制成。

其物理力学性质与天然骨料相比具有一定的特殊性。

胶结充填技术则是利用胶结材料将矸石骨料固定成充填体，以达到支撑采空区、维护矿体稳定的目的。

三、蠕变特性的研究方法本部分详细介绍了研究矸石骨料胶结充填体蠕变特性的方法。

主要包括室内试验和数值模拟两种手段。

室内试验包括材料准备、试验设备、试验步骤及数据处理等环节；数值模拟则借助相关软件，通过建立模型、设置参数等方式进行。

两种方法互为补充，为全面研究蠕变特性提供了保障。

四、矸石骨料胶结充填体的蠕变特性分析本部分详细分析了矸石骨料胶结充填体的蠕变特性，包括蠕变曲线、蠕变速率、蠕变机制等方面。

首先，通过室内试验得到了充填体的蠕变曲线，分析了不同应力水平下充填体的蠕变行为。

其次，通过数值模拟研究了充填体在不同环境条件下的蠕变特性。

最后，结合试验和模拟结果，探讨了充填体的蠕变机制，分析了影响蠕变特性的主要因素。

五、结果与讨论根据前述研究方法及分析，本部分总结了矸石骨料胶结充填体的蠕变特性。

研究发现，充填体的蠕变行为受应力水平、环境条件等因素的影响。

在一定的应力水平下，充填体会发生明显的蠕变现象，且随着应力的增加，蠕变速率增大。

此外，环境条件如温度、湿度等也会对充填体的蠕变特性产生影响。

在分析了影响因素的基础上，本文进一步探讨了如何通过优化材料配比、改进施工工艺等方式提高充填体的抗蠕变性能。

六、结论与展望本文针对矸石骨料胶结充填体的蠕变特性进行了研究，得出以下结论：矸石骨料胶结充填体具有明显的蠕变行为，其蠕变特性受应力水平、环境条件等因素的影响；通过优化材料配比、改进施工工艺等方式可以提高充填体的抗蠕变性能；研究结果为矿山工程中矸石骨料胶结充填技术的应用提供了理论依据和指导。

《矸石骨料胶结充填体蠕变特性研究》篇一一、引言随着矿山开采的不断深入，矸石的处理与利用成为矿山工程中重要的一环。

矸石骨料胶结充填体作为矿山充填工程的主要材料，其力学性质和稳定性对矿山安全生产具有重要影响。

而充填体的蠕变特性作为其长期力学行为的重要表现，对充填工程的设计和施工具有指导意义。

因此，对矸石骨料胶结充填体的蠕变特性进行研究，对于提高矿山充填工程的安全性和稳定性具有重要意义。

二、研究现状及意义目前，国内外学者对充填体的蠕变特性进行了大量研究，主要集中在充填材料的配比、强度、变形特性等方面。

然而，对于矸石骨料胶结充填体的蠕变特性研究尚不够深入。

因此，本研究旨在通过实验和理论分析，深入研究矸石骨料胶结充填体的蠕变特性，为矿山充填工程的设计和施工提供理论依据。

三、研究方法本研究采用室内实验与理论分析相结合的方法，对矸石骨料胶结充填体的蠕变特性进行研究。

具体步骤如下：1. 选取不同配比的矸石骨料胶结充填体试样；2. 进行单轴压缩实验，获取充填体的应力-应变曲线；3. 对实验数据进行处理，分析充填体的强度和变形特性；4. 利用蠕变实验设备，对充填体进行不同应力水平下的蠕变实验；5. 分析充填体的蠕变特性，包括蠕变速率、蠕变模型等；6. 结合理论分析，探讨充填体蠕变特性的影响因素及机理。

四、实验结果与分析1. 应力-应变曲线分析通过对不同配比的矸石骨料胶结充填体试样进行单轴压缩实验，得到了充填体的应力-应变曲线。

结果表明，充填体的强度和变形特性与配比密切相关。

2. 蠕变特性分析通过对充填体进行不同应力水平下的蠕变实验，得到了充填体的蠕变曲线。

分析表明，充填体在初期阶段表现为瞬时蠕变，随后进入稳定蠕变阶段，最后出现加速蠕变阶段。

充填体的蠕变速率随应力水平的增加而增加，且存在明显的应变硬化现象。

3. 蠕变模型及影响因素根据实验结果，建立了描述矸石骨料胶结充填体蠕变特性的模型。

模型表明，充填体的蠕变特性受多种因素影响，包括材料配比、环境温度、湿度等。

《矸石骨料胶结充填体蠕变特性研究》篇一一、引言在矿山工程中，矸石骨料胶结充填体是一种重要的支护材料，其具有优异的力学性能和稳定性，广泛应用于采空区的充填和支护。

然而，充填体的长期稳定性与其蠕变特性密切相关。

因此，对矸石骨料胶结充填体的蠕变特性进行研究，对于保障矿山工程的安全和稳定具有重要意义。

本文旨在通过对矸石骨料胶结充填体的蠕变特性进行深入研究，为矿山工程的设计和施工提供理论依据。

二、研究内容1. 实验材料与方法本研究采用矸石骨料作为主要原料，通过胶结剂进行充填和固化，制备出矸石骨料胶结充填体。

在实验过程中，我们首先对原料进行选择和制备，然后通过压缩实验、蠕变实验等方法，对充填体的蠕变特性进行测试和分析。

2. 实验结果与分析（1）实验结果通过压缩实验和蠕变实验，我们得到了矸石骨料胶结充填体的应力-应变曲线和蠕变曲线。

实验结果表明，充填体在受到外力作用时，会发生明显的蠕变现象。

（2）结果分析通过对实验结果的分析，我们发现矸石骨料胶结充填体的蠕变特性与充填体的组成、结构和外部环境等因素密切相关。

在充填体中，骨料的粒径、形状和分布等因素会影响充填体的力学性能和稳定性。

此外，充填体的固化时间和温度等因素也会影响其蠕变特性。

3. 矸石骨料胶结充填体蠕变模型构建基于实验结果和分析，我们构建了矸石骨料胶结充填体的蠕变模型。

该模型可以较好地反映充填体在受到外力作用时的蠕变行为，为进一步研究充填体的长期稳定性和耐久性提供了理论基础。

三、结论本研究通过对矸石骨料胶结充填体的蠕变特性进行深入研究，得出了以下结论：1. 矸石骨料胶结充填体具有明显的蠕变特性，其蠕变行为与充填体的组成、结构和外部环境等因素密切相关。

2. 通过构建矸石骨料胶结充填体的蠕变模型，可以较好地反映充填体在受到外力作用时的蠕变行为，为进一步研究充填体的长期稳定性和耐久性提供了理论基础。

3. 在矿山工程的设计和施工中，应充分考虑矸石骨料胶结充填体的蠕变特性，合理选择材料和设计施工方案，以保证工程的安全和稳定。

基金项目：国家自然科学基金项目（批准号：51004014）；固体废物处理与资源化省部共建教育部重点实验室开放基金（编号：09zxgk04）作者简介：郭利杰，男，1980年生，高级工程师，研究方向矿山充填新技术及矿山固废资源化利用.E-mail ：ljguo264@ 废石尾砂胶结充填体材料力学特性研究郭利杰1，2，许文远2，谭钦文1，杨小聪2（1.固体废物处理与资源化省部共建教育部重点实验室（西南科技大学），四川绵阳621010；2.北京矿冶研究总院，北京100044）用废料进行复合集料充填是一种创造性的有效采矿充填法（Annor ，1999）。

复合集料因具有良好和独特的结构特性而被广泛应用在许多工程领域。

废石尾砂胶结充填是最流行的复合集料充填方法之一。

它能充分消纳矿山产出的废石和尾砂，不仅维护了矿山生态环境而且促进了矿山可持续发展。

本试验属于矿山的合作研究项目，主要研究复合充填集料的性质和废石尾砂胶结充填体的力学特性。

研究了废石尾砂胶结充填集料特性规律、废石尾砂胶结充填体强度与充填材料配比之间的关系规律、废石尾砂胶结充填体强度影响性因素等，为废石尾砂胶结充填体力学研究提供了一种新的方法。

通过废石尾砂胶结充填试验寻求满足胶结体强度要求最优集料配比，并测定充填体力学特性参数，试验结果是确定废石尾砂胶结充填参数和评价充填体稳定性的重要依据。

项目主要进行了废石尾砂胶结充填体强度与废石、尾砂、水泥配比之间的关系试验，充填材料的混合浇注方式与胶结充填体强度关系试验。

试验结果显示，水泥含量与废石含量共同制约胶结充填体强度，两者中任何增长都能促进胶结体强度增加。

水泥含量不变时，废石含量增加能提高充填体强度主要原因是：其一，胶结料浆中水泥含量提高导致胶结体强度增加；其二，随着废石含量增加固体物料比表面积减小，单位面积上分配水泥量增加导致胶结体强度提高。

由废石尾砂胶结体强度曲线可知，在砂灰比不变条件下，废石尾砂胶结体强度随废石含量增加而减小，其强度减小是由于胶结体水泥含量降低。

《矸石骨料胶结充填体蠕变特性研究》篇一一、引言随着采矿工程的发展，矸石骨料胶结充填技术被广泛应用于矿山采空区的处理。

这一技术的主要原理是利用矸石骨料与胶结材料混合后，进行充填以支撑采空区，从而达到控制地表沉陷、维护矿体稳定的目的。

然而，充填体的长期稳定性对矿山安全生产具有重要意义，其蠕变特性是评价充填体稳定性的重要指标之一。

因此，对矸石骨料胶结充填体的蠕变特性进行研究，对于指导矿山安全生产、优化充填工艺具有重要意义。

二、矸石骨料与胶结材料矸石骨料作为充填体的主要组成部分，其性质直接影响充填体的性能。

矸石骨料主要包括各种岩石碎块、矿渣等，具有较高的硬度和良好的耐久性。

而胶结材料则起到连接矸石骨料、增强充填体整体性的作用。

常用的胶结材料有水泥、粉煤灰、尾砂等。

这些材料与矸石骨料混合后，经过一定的养护时间，形成具有一定强度的充填体。

三、充填体蠕变特性的研究方法充填体的蠕变特性是指充填体在长期荷载作用下，应变随时间持续增大的现象。

为了研究充填体的蠕变特性，可采用室内试验和现场监测相结合的方法。

室内试验主要包括单轴压缩试验、三轴压缩试验等，通过试验可以获得充填体的应力-应变关系、蠕变速率等参数。

现场监测则可以通过布置监测点、安装监测设备等方式，实时监测充填体的变形情况，为研究充填体蠕变特性提供实际数据支持。

四、矸石骨料胶结充填体的蠕变特性矸石骨料胶结充填体的蠕变特性受多种因素影响，如矸石骨料的粒径、含量、胶结材料的种类及配比、养护时间等。

通过对室内试验数据的分析，可以得出充填体的应力-应变关系曲线，从而判断充填体的蠕变类型（稳定型、亚稳定型、非稳定型）。

此外，还可以通过分析蠕变速率与时间的关系，得出充填体的长期稳定性。

现场监测数据则可验证室内试验结果的准确性，为进一步优化充填工艺提供依据。

五、研究结论及展望通过对矸石骨料胶结充填体蠕变特性的研究，可以得出以下结论：1. 矸石骨料与胶结材料的合理配比对充填体的蠕变特性具有重要影响。

《矸石骨料胶结充填体蠕变特性研究》篇一一、引言随着矿山开采的不断深入，采空区的治理问题逐渐成为工程领域研究的热点。

其中，矸石骨料胶结充填体作为一种有效的采空区治理手段，其蠕变特性对于充填体的长期稳定性和采空区的安全性具有重要影响。

因此，对矸石骨料胶结充填体的蠕变特性进行研究，对于保障矿山安全生产、提高采空区治理效果具有重要意义。

二、矸石骨料胶结充填体概述矸石骨料胶结充填体是由矸石骨料、胶凝材料、添加剂等组成的复合材料，通过一定的工艺方法进行混合、搅拌、充填、胶结等过程，形成具有一定强度和稳定性的充填体。

其具有施工方便、成本低廉、适应性强等优点，广泛应用于矿山采空区的治理。

三、蠕变特性研究方法矸石骨料胶结充填体的蠕变特性研究主要采用室内试验和现场监测相结合的方法。

室内试验主要包括制备试样、施加荷载、记录变形和强度等数据；现场监测则通过布置监测点、安装传感器等手段，实时监测充填体的变形和应力变化。

同时，结合理论分析和数值模拟等方法，对充填体的蠕变特性进行深入研究。

四、蠕变特性分析1. 试验结果分析通过室内试验，可以获得充填体在不同荷载作用下的变形和强度数据。

分析这些数据，可以得出充填体的蠕变特性，包括蠕变速率、蠕变强度等指标。

同时，还可以通过对比不同配比、不同龄期的充填体试验结果，分析充填体蠕变特性的影响因素。

2. 理论分析理论分析主要依据固体力学、弹性力学、塑性力学等理论，对充填体的蠕变特性进行解释和分析。

通过建立充填体的本构关系和蠕变模型，可以更好地理解充填体的蠕变机制和影响因素。

3. 数值模拟数值模拟是研究充填体蠕变特性的重要手段。

通过建立充填体的有限元模型，可以模拟充填体在不同荷载作用下的变形和应力分布情况，进一步验证理论分析和室内试验结果的正确性。

五、影响因素及优化措施1. 影响因素矸石骨料胶结充填体的蠕变特性受多种因素影响，如骨料类型、骨料粒径、胶凝材料种类、环境温度、湿度等。

这些因素会影响充填体的强度、稳定性以及蠕变特性。

《矸石骨料胶结充填体蠕变特性研究》篇一一、引言随着采矿工程的不断发展，矸石骨料胶结充填技术逐渐成为一种重要的采矿方法。

该技术中，矸石骨料作为充填体的主要构成部分，其与胶结材料的相互作用对于充填体的稳定性和长期性能具有重要影响。

因此，对矸石骨料胶结充填体的蠕变特性进行研究，有助于深入了解其力学行为和长期稳定性，为采矿工程提供理论依据和指导。

二、研究目的与意义本研究旨在通过实验手段，探究矸石骨料胶结充填体的蠕变特性，分析其蠕变过程及影响因素，揭示充填体在不同环境条件下的蠕变规律。

通过本研究的开展，可以更准确地预测充填体的长期稳定性，为采矿工程中的充填设计提供科学依据，同时为矸石骨料胶结充填技术的发展和应用提供理论支持。

三、研究内容与方法1. 实验材料与制备本研究所用材料主要为矸石骨料和胶结材料。

首先，对矸石骨料进行筛选、破碎和清洗，然后与胶结材料按照一定比例混合，制备成充填体试样。

2. 实验方法与步骤采用蠕变实验方法，对充填体试样进行加载和观测。

具体步骤包括：将试样置于实验装置中，施加恒定荷载，记录试样的变形数据，直至试样达到稳定状态。

在实验过程中，观察并记录试样的变形过程、变形量及破坏形态。

3. 数据分析与处理对实验数据进行整理和分析，计算蠕变参数（如蠕变速率、蠕变变形量等），分析充填体的蠕变过程及影响因素。

通过对比不同环境条件下的实验结果，揭示充填体的蠕变规律。

四、实验结果与分析1. 蠕变过程描述在实验过程中，充填体试样在恒定荷载作用下发生变形。

初期变形较快，随着时间推移，变形速率逐渐降低，直至达到稳定状态。

在变形过程中，试样表现出明显的蠕变特性。

2. 影响因素分析充填体的蠕变特性受多种因素影响，包括矸石骨料的粒度、胶结材料的种类和配比、环境温度和湿度等。

通过对不同条件下的实验结果进行比较和分析，可以得出各因素对充填体蠕变特性的影响程度。

3. 蠕变规律揭示通过对比不同环境条件下的实验结果，可以发现充填体的蠕变规律。

第38卷第2期2021年03月采矿与安全工程学报Journal of Mining&Safety EngineeringVol.38No.2Mar.2021文章编号：1673-3363-(2021)02-0361-09酸性环境中石干石胶结充填体强度及徐变特征郭育霞心，冉洪宇▽，冯国瑞王鹏心，王泽华心(1.太原理工大学矿业工程学院，山西太原030024； 2.山西省绿色矿山T•程技术研究中心，山西太原030024)摘要为了研究酸性矿井水中歼石胶结充填体强度及长期变形特征，采用实验室加速腐蚀方法，测试不同质量分数和不同pH值硫酸溶液中充填体的抗压强度、质量、超声波波速、徐变变形随时间变化规律，建立了强度-时间、波速-强度及徐变模型，通过SEM和XRD分析腐蚀后充填体微观结构及化学成分。

研究表明：随腐蚀龄期的增加，试件抗压强度和波速先增加后减小，质量先减小后增加再减小，90d后强度损伤度逐渐增大；pH值越小、充填材料质量分数越小，试件各宏观性能随龄期增长所受影响越大；充填体徐变应变随时间增长而增加，随pH值、质量分数的降低而增加；腐蚀前期，硅酸钙凝胶和钙矶石填充内部孔隙，试件承载能力增加；腐蚀后期，钙矶石分解生成二水石膏后吸水膨胀，破坏材料内部晶体结构，试件承载能力降低。

关键词歼石胶结充填体；酸性矿井水；强度；徐变；微观结构中图分类号TD73文献标志码A DOI10.13545/ki.jmse.2020.0379Strength and creep characteristics of cemented gangue backfillin acid environmentGUO Yuxia1,2,RAN Hongyu1,2,FENG Guorui1'2,WANG Peng1'2,WANG Zehua1'2{1.College of Mining Engineering*Taiyuan University of Technology,Taiyuan,Shanxi030024,China；2.Shanxi Province Research Centre of Green Mining Engineering Technology,Taiyuan,Shanxi030024,China)Abstract To study the strength and long-term defbnnation characteristics of cemented gangue backfill in acid mine water,the compressive strength,mass,ultrasonic pulse velocity,and creep defonnation of backfill with regard to time in sulfuric acid solution with different mass concentration and pH value were tested through accelerated corrosion in laboratory,and according to test results,the models between strength and time,ultrasonic pulse velocity and strength,and creep strain and time were established.The microstructure and chemical composition of the con'oded backfill body were analyzed with SEM and XRD.The results have shown that as the corrosion age increases,the compressive strength and ultrasonic pulse velocity of specimens first increase and then decrease;the mass of specimens first decreases,increases,and then decreases;the strength damage degree increases gradually after90d;the smaller the pH value,the smaller the mass concentration of filling material,and the greater the influence of macroscopic properties of the specimens with the increase of age;the creep strain of the backfill body increases with time,and in c reases with the decrease of pH value and mass concentration;in the early stage of corrosion,internal pores and microcracks are filled by calcium收稿日期：2020-08-09责任编辑：宋爽基金项目：国家自然科学基金面上项目(51974192)：国家白然科学基金■•山西煤基低碳联介战金项目(U1810120)；山西省应用基础研究计划项H (201801D121092)；国家杰出青年科学基金项目(51925402)作者简介：郭育霞(1977-),女.山西省阳城县人，博士，副教授，从事煤矿充填开采方面的研究。

《矸石骨料胶结充填体蠕变特性研究》篇一一、引言随着矿山开采的不断深入，矸石的处理与利用成为矿业工程领域亟待解决的问题。

矸石骨料胶结充填体作为一种新型的充填材料，在矿山工程中得到了广泛的应用。

然而，充填体的长期稳定性对于矿山的安全生产具有重要意义。

因此，研究矸石骨料胶结充填体的蠕变特性，对于预测充填体的长期行为、保障矿山安全具有重要意义。

二、研究现状及意义目前，国内外学者对充填体的蠕变特性进行了一定的研究，但主要集中在砂土、粘土等传统充填材料上，对矸石骨料胶结充填体的研究尚不够深入。

本研究通过分析矸石骨料胶结充填体的蠕变特性，揭示其力学行为及变形规律，为矿山充填工程提供理论依据和实用指导。

三、研究方法与实验设计1. 实验材料与方法本研究采用矸石骨料作为主要原料，通过胶结剂进行充填体制作。

采用室内三轴试验、单轴压缩试验等方法，对充填体进行力学性能测试。

2. 实验设计（1）制备不同配比的矸石骨料胶结充填体试样；（2）进行三轴压缩试验和单轴压缩试验，记录应力-应变曲线；（3）进行蠕变试验，观察充填体的蠕变特性；（4）分析充填体的蠕变机制及影响因素。

四、实验结果与分析1. 应力-应变曲线分析通过对不同配比的矸石骨料胶结充填体进行三轴压缩试验和单轴压缩试验，得到各试样的应力-应变曲线。

分析曲线可知，充填体在加载初期表现出较好的弹性行为，随着应变的增加，逐渐进入塑性阶段。

2. 蠕变特性分析对充填体进行蠕变试验，观察其蠕变特性。

结果表明，充填体在一定应力作用下，随着时间的变化，应变逐渐增加。

在低应力作用下，充填体表现出较好的稳定性；在高应力作用下，充填体出现明显的蠕变现象。

3. 蠕变机制及影响因素分析分析充填体的蠕变机制，发现其与矸石骨料的粒径、胶结剂的种类及含量、环境温度等因素密切相关。

粒径较大的矸石骨料在充填体中形成较大的空隙，导致充填体在受力时容易发生变形；胶结剂的种类及含量影响充填体的粘结力，进而影响其蠕变特性；环境温度的变化也会对充填体的蠕变特性产生影响。

基于PFC的填充节理剪切特性数值试验研究节理的存在破坏了岩体的完整性,影响着岩体的力学性质,而对于张开的节理面往往会聚集一定的填充物,使得岩体的力学性质更为复杂。

本文利用离散元软件PFC,系统地开展了填充节理剪切特性的数值试验研究。

分别从填充度、填充物质、节理面形态三个方面对节理剪切强度、裂纹发育、破坏模式、剪胀效应进行了分析,可为填充节理室内物理试验和建立剪切强度理论模型提供参考与依据。

主要成果如下:(1)通过单轴压缩模拟试验,分析了岩石PFC标定过程中宏细观参数之间的定性关系,得出了标定过程中调节细观参数的先后顺序,为平行粘结半径、平行粘结强度、平行粘结刚度。

(2)针对规则锯齿形节理面形态,定义了填充度t/a(t为填充厚度,a为节理齿高)来反映填充物厚度,分析了填充度对填充节理剪切特性的影响,结果表明:随着填充度的增大,抗剪强度呈现非线性降低趋势;破坏模式由节理面剪切破坏(t/a=0、0.5)逐渐向填充物滑移磨损破坏(t/a=1、1.5、2)转变;剪胀效应逐渐减弱。

(3)不同填充度下无粘性填充物内摩擦角增大均能使节理抗剪强度增大;剪胀效应在填充度小于1时随着填充物内摩擦角的变化不明显,在填充度大于或等于1时随着填充物内摩擦角的增大逐渐增强;剪切过程中产生的裂纹数量与填充物内摩擦角无关,节理面的破损程度与填充物内摩擦角无关。

(4)无粘性填充物颗粒粒径对填充节理剪切特性在填充度大于或等于丨时有较大影响:抗剪强度以填充物粒径0.5mm为界先增大后减小;剪胀效应随着填充物粒径的增大而增强;填充物粒径越大,剪切过程中岩石-填充物-岩石相互作用越强,节理面产生裂纹相对越多。

在填充度小于1时,填充物颗粒粒径的变化对填充节理剪切特性无影响。

(5)由节理齿宽与齿高增加引起的起伏角增大对填充节理的抗剪强度及破坏模式在填充厚度较小时有相同的影响规律:随着节理起伏角的增大,填充节理抗剪强度逐渐增大;剪切过程中产生的裂纹数量越来越多;破坏模式由滑移磨损破坏逐渐向剪切破坏转变。

收稿日期2019-12-20作者简介于恩毅（1998—），男，本科生。

废石掺量对胶结充填体强度及变形破坏的影响于恩毅1黄旭东1王珍岐1黄晢航1龚甲桂2（1.北京科技大学高等工程师学院，北京100083；2.中国冶金地质总局山东正元地质勘察院，山东济南，250014）摘要用一定量的粗骨料替代部分全尾砂进行胶结充填，不仅能够提高充填体的强度，还能减小充填体在载荷作用下的变形，满足了部分矿山较高的充填要求。

胶结充填体的强度主要取决于充填料浆的配比，即骨料、胶凝材料、水的配比。

本研究拟采用控制变量的试验方法，基于SEM 电镜扫描和XRD 试验，探究在废石—全尾砂混合骨料下胶结充填体强度及变形特性，探究废石掺量（≥40%）因素对胶结充填体强度以及变形破坏的影响规律和机理。

研究表明：随着粗骨料的增加，充填体试样的单轴抗压强度逐渐减小。

由于粗骨料含量太多，所形成的骨架太大，水化产物相对较少未能充分填满产生较多孔隙，对提高充填体强度产生了不利的影响。

此外，随着废石掺量的增加，其强度有所下降，其破坏时的总应变量基本相同；其应力—应变曲线在初期基本重合，主要在端部裂隙闭合阶段之后逐渐分开。

关键词废石掺量废石—全尾砂胶结充填体SEM 电镜扫描XRD微观结构强度和变形中图分类号TD853.34文献标志码A 文章编号1001-1250（2020）-08-044-05DOI 10.19614/ki.jsks.202008008Effect of Waste Rock -aggregate Ratio on Strength and Deformation of Cemented BackfillYu Enyi 1Huang Xudong 1Wang Zhenqi 1Huang Zhehang 1Gong Jiagui 2（1.School of Advanced Engineering ，University of Science and Technology Beijing ，Beijing 100083，China ；2.Shandong Zhengyuan Geological Survey Institute of General Administration of Metallurgical Geology of China ，Jinan 250014，China ）AbstractUsing a certain amount of coarse aggregate for exchanging part of the full tailings for cemented filling can notonly improve the uniaxial compressive strength of the filling body ，but also reduce the deformation of the filling body under the load ，which meets the higher filling requirements of some mines.The uniaxial compressive strength of cemented backfill mainly depends on the concentration of filling slurry ，that is ，the ratio of aggregate ，cementing material and water.This study intends to use the test method of controlled variables ，based on SEM electron microscopy and XRD tests ，to explore the strength and deformation characteristics of the cemented filling under the waste rock -full tailings mixed aggregate ，and to investigate the strength and deformation of the cemented filling by the amount of waste rock （≥40%）.With the increase of amount of the coarse aggregate ，the uniaxial compressive strength of the filling sample gradually decreased.Because the amount of the coarse aggregate is too large ，the formed skeleton is too large ，the hydration products are relatively less ，and relatively few hydration products fail to fill up sufficiently and produce more pores ，which has an adverse effect on improvingthe strength of the filling.In addition ，with the increase of the waste rock -aggregate ratio ，its strength decreases ，and its total strain at the time of failure is basically the same ；its stress -strain curves basically coincide at the initial stage ，and gradually separate after the end of crack closure stage.KeywordsWaste rock -aggregate ratio ，Waste rock -full tailings cemented backfill ，SEM scan with electric mirror ，XRD ，Microstructure ，Strength and deformation总第530期2020年第8期金属矿山METAL MINESeries No.530August 2020绿色采矿是当今矿山开采的发展方向，尾砂的地表堆存以及尾矿坝的稳定性是当今各个矿山重点关注的问题。

矸石胶结充填体力学性能实验研究摘要：本文旨在利用试验研究方法来研究矸石胶结充填体的力学性能。

研究中，研究人员取样比较不同特征和性能特点的胶结充填材料。

实验结果表明，胶结充填材料对充填性能明显有益，能够改善石灰岩抗压强度，抗拉强度和压缩系数等性质，这表明胶结充填材料是改善矸石砼力学性能的有效手段。

关键词：矸石胶结充填；力学性能；实验研究正文：矸石胶结充填体的力学性能实验研究一直是地质工程、工程地质及其他相关工程领域的研究热点。

随着新材料的应用，研究者们正在探索矸石胶结充填体的力学性能特征。

本文通过实验研究，分析了矸石胶充填材料的加固作用。

实验中使用了不同孔径的矸石砂、不同比例的水泥胶充填材料，并进行了抗压实验，抗拉实验和压缩实验。

结果表明，在胶结充填材料的加入下，石灰岩抗压强度、抗拉强度和压缩系数都有显著的改善，表明胶结充填材料是改善矸石砼力学性能的有效手段。

结论：本文通过试验研究，分析了不同量的矸石胶结充填材料对矸石砼力学性能的影响。

结果表明，胶结充填材料能显著提高矸石砼抗压强度、抗拉强度和压缩系数。

因此，胶结充填体是提高矸石砼力学性能的有效手段。

矸石胶结充填体具有较高的抗裂性能，可以实现介质对外界环境的阻隔作用。

此外，它还可以抵抗侵蚀和冲蚀作用，保护周围岩性物料，并最大程度地避免失稳现象的发生，而且表面处理后，可以在一定范围内抵抗外部水力载荷。

矸石胶结充填体还可以作为水封桩的基层材料，对于密封砂或泥土的整体性能至关重要，可以防止外部水体渗透进入水封桩中。

此外，矸石胶结充填体可以抵抗外部气体的影响，减少气体渗透的危害，在一定程度上限制流体的运动，避免不必要的岩土破坏。

此外，矸石胶结充填体还可以有效改善岩石砼孔隙结构，阻止介质孔隙结构的开放，从而减小渗流量，提升岩石砼的强度性能。

通过将矸石胶结充填体引入岩石砼中，可以改变孔径的分布，形成压实的孔隙结构，降低渗透率，提高矸石砼的抗渗性能。

因此，矸石胶结充填体是一种可靠的、高性能的岩石砼填料。

《矸石骨料胶结充填体蠕变特性研究》一、引言在矿山工程中，矸石骨料胶结充填体是一种重要的支护材料，其性能的优劣直接关系到矿山的生产安全和经济效益。

充填体的蠕变特性是评价其长期稳定性的重要指标之一。

因此，研究矸石骨料胶结充填体的蠕变特性，对于指导矿山工程实践、保障安全生产具有重要意义。

二、研究现状及背景目前，国内外学者针对充填体的蠕变特性进行了大量研究，但仍然存在一些问题。

例如，矸石骨料与胶结材料之间的相互作用机理、充填体在不同环境条件下的蠕变规律等尚未得到充分研究。

此外，现有研究多集中在充填体的力学性能和稳定性方面，而对于其蠕变特性的系统研究较少。

因此，本研究旨在通过实验手段，深入探讨矸石骨料胶结充填体的蠕变特性，为矿山工程提供理论依据和指导。

三、实验方法与材料本研究采用室内实验方法，以矸石骨料和胶结材料为主要原料，制备充填体试样。

实验过程中，通过施加不同的荷载和温度条件，观察充填体的蠕变过程，并记录相关数据。

实验材料主要包括矸石骨料、胶结材料、水等。

其中，矸石骨料选用经过破碎、筛分得到的合适粒径的骨料；胶结材料选用常用的水泥或石灰等；实验过程中所使用的设备包括压力机、蠕变仪、温度控制箱等。

四、实验结果与分析1. 充填体的蠕变过程在实验过程中，我们发现矸石骨料胶结充填体在受到荷载作用后，会经历瞬时弹性变形、稳定蠕变和加速蠕变三个阶段。

其中，稳定蠕变阶段是充填体长期稳定性的关键。

通过观察不同时间点的试样变形情况，可以得出充填体的蠕变曲线。

2. 影响因素分析（1）荷载影响：随着荷载的增加，充填体的蠕变速率逐渐增大，稳定性降低。

因此，在实际工程中，需要根据具体情况选择合适的充填体厚度和强度。

（2）温度影响：温度对充填体的蠕变特性有显著影响。

在高温环境下，充填体的蠕变速率加快，稳定性降低。

因此，在高温地区需要采取相应的措施来提高充填体的稳定性。

（3）矸石骨料与胶结材料的相互作用：矸石骨料与胶结材料之间的相互作用是影响充填体蠕变特性的重要因素。

基于PFC的废石胶结充填体破坏规律研究马乾天;李长洪【摘要】为研究不同灰砂比下废石胶结充填体的破坏规律,对其进行了单轴压缩试验.结果表明,废石胶结充填体试样的失稳方式分为张开式和剪切式;在废石胶结充填体试样的峰值前应力—应变关系上,灰砂比对发生张开式失稳的试样影响较大,而对发生剪切式失稳的试样影响较小.运用基于细观颗粒流理论的PFC程序对废石胶结充填体模型进行单轴压缩模拟.结果表明,在应力—应变关系上,模拟结果与试验结果相一致;通过模型内部废石的位移情况可以揭示不同灰砂比下废石胶结充填体的失稳规律;通过粘结力分布情况得到废石胶结充填体不同失稳方式的原因.因此,PFC可以很好地应用于充填材料的选择与优化.【期刊名称】《有色金属（矿山部分）》【年(卷),期】2015(067)005【总页数】5页(P60-64)【关键词】单轴压缩;废石胶结充填体;灰砂比;PFC【作者】马乾天;李长洪【作者单位】金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京100083;北京科技大学土木与环境工程学院,北京100083;金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京100083;北京科技大学土木与环境工程学院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TD313近年来许多矿山为减少损失，提高资源的利用率，会采用人工矿柱代替原生矿柱支撑顶板或上盘围岩。

考虑到回采资源所带来的废料排放、环境恶化等诸多负面影响，同时，也为了节约成本，人工矿柱多利用矿山固体废料（尾砂、废石）作为其主要成分，配入胶结材料形成废石胶结充填体。

同时人工矿柱作为矿体安全回采最重要的支撑结构，在井下回采复杂的外部力学环境下，一旦其破坏或失稳（诸如充填体顶底柱、充填体间柱、支撑上下盘的充填体），将造成顶板垮塌冒落、上下盘岩移，甚至诱发深部回采地压现象的发生，对安全回采形成严重的威胁。

因此，对废石胶结充填体的力学性能和破坏规律的研究可以为充填材料选择、优化与其稳定性分析提供重要依据［1－2］。