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题名胶结充填体-围岩组合体接触面力学特性研究
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作者
王奕仁
吴爱祥
阮竹恩
卢宏建
武晓军
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机构
北京科技大学资源与安全工程学院
北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室
北京科技大学金属矿膏体充填安全绿色开采国家矿山安全监察局重点实验室
华北理工大学矿业工程学院
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出处
《中南大学学报(自然科学版)》
北大核心
2025年第6期2383-2395,共13页
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基金
国家自然科学基金资助项目(52130404)
河北省中央引导地方科技发展资金资助项目(246Z4101G)。
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文摘
为深入了解同时考虑接触面倾角和粗糙界面下胶结充填体-围岩组合体接触面的力学特性,基于粗糙接触面下不同接触面倾角(0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°)和灰砂比(1:4和1:8)的组合体试块在单轴压缩条件下的破裂特征分析,建立接触面单元理论分析模型,并提出含凸齿接触面的3种应力破坏模式,研究组合体不同倾角接触面的应力特性及粗糙界面抗剪特性。研究结果表明:1)粗糙接触面下界面凸齿处的裂纹扩展是导致组合体强度劣化的关键,接触面倾角和灰砂比对裂纹扩展方式影响显著,当接触面倾角增大时,其破坏形式由充填体剪切破坏逐渐过渡为整体的张拉剪切组合破坏,当灰砂比增大时,充填体表面裂纹增多,围岩组块的破坏程度降低;2)界面约束应力与两组块材料的变形能力有关,在灰砂比不变的前提下,随接触角的增大,界面约束应力先减小后增大,在60°时达到最小;3)基于含围岩凸齿接触面在轴向压缩下的3种破坏模式,通过分析接触单元在凸齿处的抗剪特性,可确定接触面发生剪切破坏时的界面摩擦因数和抗剪强度力学指标的取值范围。该研究结果可为嗣后充填采场揭露充填体稳定性研究及充填体强度设计提供一定的理论依据。
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关键词
胶结充填体-围岩组合体
接触面倾角
粗糙界面
力学特性
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Keywords
cemented paste backfill-surrounding rock composite
contact interface dip angle
rough interface
mechanical properties
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分类号
TD32
[矿业工程—矿井建设]
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题名跨尺度膏体充填料浆流变特性与预测模型
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作者
王磊
吴爱祥
阮竹恩
王少勇
王建栋
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机构
北京科技大学资源与安全工程学院
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出处
《中国有色金属学报》
2025年第11期3960-3973,共14页
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基金
国家自然科学基金资助项目(52130404)。
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文摘
膏体充填是建设绿色矿山的关键技术之一。在胶结全尾砂料浆中添加废石等粗骨料形成跨尺度膏体充填料浆,不仅进一步优化了固废利用结构和水平,而且还具有提升充填体力学性能、降低胶凝材料成本和改善膏体流动能力的技术优势。本文通过流变特性/扩展度测试、模型拟合与深度学习,实现了基于基质料浆(胶结全尾砂料浆)流变参数与粗骨料堆积状态的膏体流变特性评价。结果表明:采用归一化拟合Roussel长波近似方法、李红无量纲模型、三维处理的Murata方法并进行泛化处理可以将不同流动特性膏体料浆的拓展度与屈服应力相关联。当基质料浆屈服应力为2.50~17.02 Pa、骨料体积分数为15.50%~35.50%时,能够控制跨尺度膏体充填料浆屈服应力介于12.89~455.41 Pa之间;膏体屈服应力与基质料浆屈服应力、骨料体积分数均呈正相关关系;当基质料浆屈服应力小于6.97 Pa时,基质料浆屈服应力对膏体屈服应力的影响更显著。最后,基于上述实验发现,建立了跨尺度膏体充填料浆屈服应力预测模型,其预测精度相比Coussot模型提高了13.79%。
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关键词
膏体充填
粗骨料
预测模型
屈服应力
扩展度
深度学习
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Keywords
cemented paste backfill
coarse aggregate
prediction model
yield stress
spread diameter
deep learning
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分类号
TD853
[矿业工程]
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题名含孔洞砂岩双轴压缩力学特性及破裂机制
被引量：1
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作者
苗胜军
尚向凡
常宁东
马渊凯
杨鹏锦
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机构
北京科技大学金属矿膏体充填安全绿色开采国家矿山安全监察局重点实验室
北京科技大学资源与安全工程学院
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出处
《采矿与岩层控制工程学报》
北大核心
2025年第2期59-72,共14页
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基金
国家重点研发计划资助项目(2022YFC3004601)
国家自然科学基金资助项目(52374077)。
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文摘
为揭示不同中间主应力条件下含孔洞砂岩的宏观力学响应与破裂机制,通过开展含孔洞砂岩双轴压缩试验,系统分析了砂岩的应力−应变曲线、力学参数、破坏模式及中间主应力效应。研究结果表明:(1)双轴加载状态下含孔洞砂岩的力学演化可分为孔隙压密、线弹性、塑性变形及峰后破裂4个阶段,其中塑性变形阶段出现显著的屈服平台,峰后破裂阶段强度骤降且残余强度近乎消失,表现出延−脆性复合破坏特征;(2)中间主应力σ2对砂岩强度参数存在临界强化效应。当σ2<24 MPa时,中间主应力的增加显著提升了含孔洞砂岩的峰值应力、弹性模量、闭合应力和起裂应力,但随着中间主应力的进一步增加,中间主应力强化效应逐渐减弱;(3)在低中间主应力条件下,岩石裂纹扩展以张拉裂纹为主。而在高中间主应力条件下,破坏模式逐步转变为以压剪裂纹为主导的整体失稳;(4)双轴应力约束显著改变了砂岩裂纹空间演化特征,与单轴加载时裂纹的各向同性扩展不同,双轴加载时σ2的约束作用诱导裂纹沿σ1-σ2或σ2平面扩展,显著降低了垂直于σ2方向裂纹的贯通与融合。
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关键词
岩石力学
双轴压缩
含孔洞砂岩
中间主应力
破裂机制
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Keywords
rock mechanics
biaxial compression
porous sandstone
intermediate principal stress
fracture mechanism
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分类号
TU45
[建筑科学—岩土工程]
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题名全尾砂-废石膏体在狭长进路中的流动规律
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作者
刘均
吴爱祥
阮竹恩
李德贤
许景炎
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机构
北京科技大学资源与安全工程学院
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出处
《中国有色金属学报》
2025年第11期3948-3959,共12页
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基金
地球深部探测与矿产资源勘查国家科技重大专项(2024ZD1003707)
国家自然科学基金资助项目(52130404)。
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文摘
全尾砂-废石膏体充填技术具有安全、环保、经济的优势,但全尾砂-废石膏体容易出现不能流平接顶和废石颗粒沉降的问题。为解决上述问题,本文通过相似模拟研究了质量浓度、减水剂掺量、废石掺量对全尾砂-废石膏体屈服应力、均匀系数(K值)、泌水率和沉积坡面角的影响,并通过总评归一值法进行多目标优化。结果表明:废石质量分数沿着流动方向呈现先增大后减小的趋势,并且粒径1~5 mm的废石分布较均匀;质量浓度、减水剂掺量、废石掺量对四种响应变量的影响程度均为废石掺量>质量浓度>减水剂掺量,并得到单因素下最优水平;通过总评归一值法得到满足四种响应目标的最优参数为质量浓度78%、减水剂掺量0.45%和废石掺量52.64%。
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关键词
全尾砂-废石膏体
相似模拟
多目标优化
总评归一值
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Keywords
full tailings-waste rock paste
similar simulation
multi-objective optimization
overall desirability
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分类号
TD853
[矿业工程]
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