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岩石：是由各种造岩矿物或岩屑在地质作用下按一定规律组合而形成的多种矿物颗粒的集合体，是组成地壳的基本物质。
岩体：是相对于岩块而言的，是指地面或地下工程中范围较大的、由岩块（结构体）和结构面组成的地质体。
岩石结构：是指岩石中矿物颗粒的大小、形状、表面特征、颗粒相互关系、胶结类型特征等。
岩石构造：是指岩石中不同矿物集合体之间及其与其他组成部分之间在空间排列方式及充填形式。
岩石的密度：是指单位体积岩石的质量，单位为。
块体密度：是指单位体积岩石（包括岩石孔隙体积）的质量。
颗粒密度：是岩石固相物质的质量与其体积的比值。
孔隙性：把岩石所具有的孔隙和裂隙特性，统称为岩石的孔隙性。
孔隙率：岩石试件中孔隙体积与岩石试件体积之比渗透系数：岩石渗透系数是表征岩石透水性的重要指标，渗透系数 K 在数值上等于水力梯度为 1 时的渗流速度，单位为 cm/s 或 m/d。
软化系数：软化系数K为岩石试件的饱和抗压强度σ(MPa)与干抗压强度σc (MPa)的比值。
岩石的膨胀性：是指岩石浸水后发生体积膨胀的性质。
岩石的吸水性：岩石在一定的实验条件下吸收水分的能力，称为岩石的吸水性，其吸水量的大小取决于岩石孔隙体积的大小及其敞开或封闭的程度等。
扩容：是指岩石在外力作用下，形变过程中发生的非弹性的体积增长。
弹性模量：是指在单向压缩条件下，弹性变形范围内，轴向应力与试件轴向应变之比，即E =σε。
变形模量：是指岩石在单轴压缩条件下，轴向应力与轴向总应变（为弹性应变ε e 和塑性应变ε p 之和）之比。
泊松比：在单向载荷作用下，横向应变( ε x = ε y )与轴向应变( ε z )之比。
脆性度：通常把抗压强度与抗拉强度的比值称为脆性度， n =尺寸效应：岩石试件的尺寸越大，则强度越低，反之越高，这一现象称为尺寸效应。
常规三轴试验：常规三轴试验的应力状态为σ 1 > σ 2 = σ 3 > 0 ，即岩石试件受轴压和围压作用，试验主要研究围压（σ 2 = σ 3 ）对岩石变形、强度或破坏的影响。
Journal of Engineering Geology工程地质学报1004-9665/2017/25 ( 6) -1482-09D O I：10.13544/ki.jeg.2017.06.011重复剪切作用下充填物对结构面力学性质的影响魏继红①王武超①杨圆圆②朱峰①范昊天①(①河海大学地球科学与工程学院南京211100)(②四川志德岩土工程有限责任公司成都610041)摘要目前，对于结构面的研究主要包括对剪切曲线形态的描述及结构面粗糙度、组数、充填物等因素对结构面强度参数 的影响，一般情况下，这类研究的基础是结构面经受静荷载的作用。
实际上，结构面也很容易遭受地震、水位升降、爆破等动 力荷载的反复剪切作用，但是，至今对反复剪切作用下结构面力学特性的研究较少或缺乏系统性。
笔者在室内直剪试验的基 础上，研究了重复剪切作用下充填物对结构面变形和强度的影响。
采用钢制模具和混凝土材料预制4种起伏角度结构面，在 1.56M P a法向应力和两种充填状态下进行多次直剪试验，分析每次剪切过程中的切向应力和法向位移随切向位移的变化。
通过对切向应力和法向位移随切向位移变化曲线分析可知，初次剪切时，起伏角度越大,结构面剪切破坏方式容易从滑移破 坏过渡为剪断破坏；第二次剪切开始，无论起伏角度如何，结构面的剪切破坏方式基本上都转变为滑移破坏；充填物的存在 基本不会改变结构面的剪切破坏方式，但会使剪切过程中结构面的爬坡效应增强,使结构面被剪断或磨损的作用减弱，峰值 法向位移增大。
关键词重复剪切充填物破坏方式抗剪强度残余强度中图分类号:T U45文献标识码:ASTUDY ON THE INFLUENCE OF FILLING ON MECHANICAL PROPERTIES OF STRUCTURAL SURFACE UNDER REPEATED SHEAR CONDITIONW E I J i h o n g®W A N G W u c h a o®Y A N G Y u a n y u a n®Z H U F e n g®F A N H a o t i a n®((^S c h o o l o f E arth S cien ce an d E n g in e er in g, H oh ai U n iversity，N a n jin g211100)(②S ich u an Z h id e G eotech n ica l E n g in eerin g C o m p a n y, C h en g d u610041)Abstract Structural plane plays a n important role in stability of rock mass. M a n y engineering accidents are caused b y structural planes. This p h e n o m e n o n has attracted e n o u g h attention. U p to n o w,the related researches on structural plane mainly include shearing curve description,impact of r o u g h n e s s,c o m b i n a t i o n,filling a n d other factors o n shear strength. In general, these researches are b ased o n that the structural plane bears static load. In fact,i t is very c o m m o n for structural planes to bear cyclic shear load u n d e r conditions of d y n a m i c load of earthquake, water level rise a n d fall, explosion a n d so on. H o w e v e r,there is less study o n m echanical property of structural plane w h e n i t is u n d e r cyclic shear load. T h e paper is b ased o n direct shear test. Influence of filled state o n deformation a n d strength of structural plane is studied. Structural planes of four aspertity inclination angles are*收稿日期：2017-04-18;收到修改稿日期：2017-05-27.基金项目：国家自然科学基金项目（41102162, 41672258)资助.第一作者简介：魏继红（1976-)，女，博士，副教授，硕士生导师，主要从事岩土体稳定性方面的研究工作•E m a il:W jhfiS h@h h u.e d u.C n25(6) 魏继红等：重复剪切作用下充填物对结构面力学性质的影响1483made using steel mould and concrete.Then several times direct shear tests are conducted under same normal stresses and two filled states.At the same time,shear stress and normal displacement are recorded.The analysis on shear stress-shear displacement and normal displacement-shear displacement curve shows that the asperity inclination angle become larger f i r s t l y and structural plane i s easier to be cut.For the same shear failure style,i f the normal stress increases,the structural plane will be worn or cut more serious,and the ma x i m u m normal displacement i s lower.I f the asperity inclination angle increases,the zig-zag pattern will be worn or cut more.From the second shear time,the structural plane i s worn every time and not be affected by asperity inclination angle. After the filling,the structural plane i s damaged like before.However,this factor makes the structural plane climbing further,weakens the cutting or wearing degree,and adds the normal displacement meanwhile.Key words Repeated shear,Filling state,Failure m o d e,Shear strength,Residual strength〇引言目前对于结构面的研究主要集中于对自然特征 的描述及其力学性质的分析上。
低强度胶结充填材料抗压强度影响因素的研究低强度胶结充填材料是指具有比较低的抗压强度，介于10~30MPa之间的一种充填材料。
胶结充填材料抗压强度是基础施工领域技术及工程建设的重要参数，其合理的抗压强度及施工的合理应用可改善基层的地基稳定性，增加其使用寿命。
然而，充填料抗压强度受到以下因素的制约，因此了解这些因素的影响是控制低强度胶结充填材料抗压强度的关键。
首先，材料的品种和结构对低强度胶结充填材料抗压强度有很大的影响。
材料粒度也很重要，粒径越大充填材料的抗压强度越低，粒径大小应足以容纳充填材料的网络结构中的充填材料，从而为施工节约材料，而粒径太小会导致充填材料难以固化，影响其抗压强度。
此外，混合材料比例也是影响低强度胶结充填材料抗压强度的关键因素。
其次，施工工艺也是影响低强度胶结充填材料抗压强度的重要因素，包括浇注、填缝、压实等。
正确的施工工艺和工具配置，可以有效地降低充填材料固化过程中产生渗水压力和内汤压力等诸多因素，进一步降低其受压强度，而施工质量较低的充填材料受压强度明显低于较高质量的充填材料。
此外，环境因素也是影响低强度胶结充填材料抗压强度的因素之一。
比如充填料的紧实度，在不同的温度和湿度环境下有所不同；渗水和内汤压力越高，充填材料的抗压强度也就越低，影响其使用寿命；季节也是影响抗压强度的因素，如夏季通常比较炎热干燥，充填材料往往受压强度会比冬季明显更高。
综上所述，材料的品种和结构、施工工艺和施工质量、环境因素等都是影响低强度胶结充填材料抗压强度的关键因素。
因此，要控制低强度胶结充填材料抗压强度，就必须从上述因素入手，正确把握使用材料的细节，正确的施工工艺等。
橡胶骨架黏合对疲劳和老化破坏的影响一、颗粒填料的界面疲劳对硫化胶性能的影响填充颗粒的粘合牢度与颗粒的表面性能有关，也与填充密度有关。
填充密度与粘合牢度呈反比例关系，填充密度愈大，填充颗粒的动态粘合牢度愈低。
这种反比例关系主要跟填充颗粒粘合界面上的作用力大小有关，即与粘合界面的疲劳程度有关。
填充颗粒界面上的应力愈大，界面微裂纹产生并扩展的可能性也愈强，填充颗粒越容易开胶脱落。
填充密度直接影响单位体积内橡胶的含量，而橡胶含量的多少又直接影响了制品的力学特性。
从微观力学上看，我们假定每一个填料颗粒都是橡胶分子链的一个固着点，两个固着点之间由橡胶粘合连接。
当两个固着点作相背运动时，其间的橡胶受到拉伸；而作相向运动时橡胶受到挤压。
由于橡胶具有应力滞后效应，在每一次的应力传递过程中都会有能量损耗，即通过分子链间的摩擦作用把机械力转化为热能而耗散。
这种力学损耗在宏观上与橡胶沿作用力方向上的厚度有线性关系，作用力方向上的橡胶层厚度愈大，参与内摩擦的分子就愈多，应力损耗也就愈多。
由此可以理解，作用力从一个颗粒传递到另一颗粒上时，其强度将受到橡胶相的消耗，消耗的多少与传递路线上橡胶的厚度呈线性关系。
如图6填料分布密度与橡胶含量的对应关系所示：当应力从填料颗粒A向B传递时，因为A－B之间的间距小，橡胶厚度小，能量损耗也低，到达B颗粒上的应力降低不大，因而AB两个颗粒的界面上所受到的作用力也相差不大；当应力自B颗粒向C颗粒传递时，由于从B点到C点的距离较远，应力传递路线上橡胶的厚度很大，应力的消耗也相应增大，能够作用于C颗粒界面上的应力已经变得很小。
耐磨性填料的耐磨性来源于两种不同的填料，一类是石墨、二硫化钼等软质润滑性物质，一类是硬质矿物材料。
硬质磨料是通过硬质颗粒本身的耐磨性对硫化胶进行保护而实现的。
硬质颗粒的存在使硫化胶的磨损在一定程度上转化成了对硬质颗粒的剪切，而这种剪切磨损作用的大小，取决于硬质颗粒跟橡胶的结合牢度以及填料本身的耐切割强度。
聚合物2填料和填料2填料相互作用对填充硫化胶动态力学性能的影响(续3)王梦蛟(Cabot Corporation,Billerica Technical Center) 中图分类号:TQ330.38 文献标识码:A 文章编号:100628171(2001)0120038207(接上期)13 填料并用对动态性能的影响(白炭黑与炭黑并用,无偶联剂)W估计出,该热力学过程示图29 在填料并用体系中与重聚过程有关的能量变化与填料附聚过程中粘合能的推导类似[见公式(32)～(36)],人们直接可得到:W=2[(γd f1)1/2-(γd f2)1/2]2+2[(γp f1)1/2-(γp f2)1/2]2+2[W h f1+W h f2-2W h f1f2]+ 2[W ab f1+W ab f2-2W ab f1f2](43)式中,γd为填料表面能的色散分量,γp为源自分子间偶极2偶极和诱导偶极相互作用的极性分量,W h为氢键作用形成的粘合能,W ab为酸2碱相互作用形成的粘合能。
f1和f2代表填料1和2,f1f2为填料1和2的相互作用。
这个公式表示一种弹性体填充两种不同填料时,只有在两种填料在强度和性质两方面具有完全相同的表面能特性,即γd f1=γd f2,γp f1=γp f2,W h f1= W h f2=2W h f1f2和W ab f1=W ab f2=2W ab f1f2,进而ΔW =0的条件下,两种填料才会在聚合物母体中形成随机联合填料网络。
只有在两种填料由于氢键作用W h f1f2、酸2碱相互作用W ab f1f2和/或其它极性相互作用形成的粘合能足以补偿相同填料间粘合能而导致ΔW<0的条件下,这两种填料才会在聚合物母体中优先形成联合填料网络。
这些条件是难以满足的,对诸如炭黑和白炭黑等橡胶通用的填料尤其如此,故人们通过直观推理估计最有可能形成两种填料网络或两种不同填料附聚体的混合物,至少从热力学观点上看是如此,因为ΔW通常是正的。
充填采矿法胶结充填体力学作用分析王吉力1,郑怀昌1,陈小平2(1 山东理工大学,山东淄博255049; 2 西北矿冶研究院,甘肃白银730900)摘 要:结合某矿山应用胶结充填采矿法的试验,测试胶结充填体的力学参数,采用数值模拟方法研究胶结充填体的受力情况和变形特征。
结果表明:尾砂胶结充填体,具有独特的支护特性和力学特征、良好的可塑性和较高的残余强度;尾砂胶结充填体受动态载荷作用的动态强度、动态弹性模量均高于受静态载荷的静态值;胶结充填体的支护作用是对围岩的限制和与围岩的共同承载。
关键词:采矿工程;胶结充填体;数值模拟;变形特征;受力分析中图分类号:TD853 343;TD323;T D325 3 文献标识码:A文章编号:1001-0211(2004)03-0109-04收稿日期:2003-10-19作者简介:王 吉力(1962-),男,湖南安化县人,教授,主要从事采矿工艺及环境工程研究。
随着采矿工业的发展,矿井开采深度不断增加,地压控制问题越来越突出[1],矿石资源的充分回收和矿山环保等问题也越来越引起重视。
充填采矿法可有效地解决上述问题,其优越性已被普遍认识和接受。
充填体力学研究开展比较广泛,如胶结充填体的力学特征,胶结充填体的力学作用、支撑机理和破坏机理,开采过程中对围岩变形的控制作用等。
结合某矿山高分段胶结充填采矿法研究、高水速凝尾砂胶结充填试验和现场实际观测结果,就充填体的力学特征、充填体的支护作用机理以及充填体对围岩变形的控制作用进行分析探讨。
1 胶结充填体力学参数尾砂胶结充填体是一种低强度、非刚性采场充填支护材料。
它的支护作用既不同于钢、木支架,也不同于锚杆支护,具有独特的支护特性和力学特征。
表1~3为采用铜矿选厂分级尾砂和425#普通硅酸盐水泥,以不同的砂浆浓度、灰砂比和龄期在试验室测试的普通水泥尾砂胶结充填体的力学参数[2],表4为高水速凝尾砂胶结充填体的试验数据[3]。
表1 普通水泥尾砂胶结充填体单轴极限抗压强度Table 1 U CS strength for tailings cemented by Portland cement浓度/%水灰比抗压强度/M Pa3d 7d 28d 90d 180d 6565651:41:61:80 650 240 231 690 650 472 810 970 724 191 570 805 052 740 96表2 普通水泥尾砂胶结充填体力学参数T able 2 M echanics parameters of tailings cemented by Portland cement浓度/%水灰比龄期/d C /M Pa Ec /M Pa/( )C /M Pa 静态动态静态动态静态动态静态动态静态动态651:4282 8144 62154 266 70 170 1530 0/0 813/651:8280 7171 04019 125 00 150 2021 9/0 243/注: ,C , 值为三轴剪切数据。
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。
1、岩体稳定性分析和地下水渗流分析通常把岩体视为由岩块（结构体）与结构面组成的地质体。
2、岩体工程中的软弱夹层问题：如黄河小浪底水库工程左坝肩的泥化夹层；葛洲坝水利工程坝基的泥化夹层；黑河水库左坝肩单薄山梁的断层引发的渗漏问题；长江三峡自然坡中的软弱夹层等。
这些软弱结构面在不同程度上影响和控制着工程岩体的稳定性。
因此，结构面变形与强度性质的研究，在工程实践中具十分重要的实际意义：1）大量工程实践表明：在工程荷载（小于10Mpa）范围内，工程岩体的失稳破坏有相当一部分是沿软弱结构面破坏的。
因此，结构面的强度性质的研究是评价岩体稳定性的关键。
2）在工程荷载作用，结构面及其充填物的变形是岩体变形的主要组成部分，控制着工程岩体的变形特性。
3）结构面是岩体中渗透水流的主要通道。
4）工程荷载作用下，岩体中的应力分布受结构面及其力学性质的影响。
第一节结构面的变形性质（特性）结构面的变形包括法向变形和剪切变形两个方面。
一、结构面的法向变形1．法向变形特征（Normal deformation）设不含结构面岩块的变形为ΔVr，含结构面岩块的变形为ΔVt，那么结构面的法向闭合变形ΔVj为：ΔVj=ΔVt－ΔVr由结构面法向应力σn与变形的关系曲线可得如下特征：1）σn↑，ΔVj↑↑，曲线呈上凹型；σn→σ0，σn－ΔVt变陡，与σn－ΔVr大致变形；2）初始压缩阶段，ΔVt主要由结构面闭合造成的；3）试验研究表明，当开始，含结构面岩块的变形由以结构面的闭合→岩块的弹性变形；4）σn－ΔVj曲线的渐近线大致为：ΔVj=Vm5）结构面的最大闭合量小于结构面的张开度（e）。
含结构面的岩块和不含结构面的岩块在法向上加荷、卸荷后的应力—变形曲线，见教材P76-77（Bandis 等，1983）。
2．法向变形本构方程（法向应力与变形之间的关系）这方面的研究目前仍处于探索阶段，已提出的本构方程都在试验的基础上总结出来的经验方程，如Goodman，Bandis及孙广忠等人。
