压力—温度效应下膏体充填体力学特性及响应机制研究
发布时间：2022-07-19 14:30
传统的膏体充填体强度设计中,材料配合比确定均是在室内标准恒温恒湿条件下进行,这与膏体充填体的原位养护环境存在较大差异,现场取样得到的充填体强度明显高于室内试样的强度（即设计强度）。为了解决这一问题,依托国家自然科学基金面上项目（51674012）,研发了考虑压力-温度效应的膏体充填体养护实验装置,以不同压力-温度效应的膏体充填体为研究对象,以设计更加安全和经济的膏体充填体为目的,主要开展以下研究:（1）明确了深井开采中充填体的压力与温度来源,确定了与充填采场环境相近的养护压力与养护温度范围,分析了传统的考虑压力-温度效应的装置特点,研发了考虑压力-温度效应的膏体充填体养护实验装置。（2）开展了压力-温度效应下膏体充填体的力学性能测试实验,探明了压力、温度和时间对膏体充填体强度、峰值应变和弹性模量的影响规律,建立了考虑压力-温度效应的膏体充填体强度预测模型,基于室内实验数据,对强度预测模型的准确性进行了验证。（3）分析了考虑压力-温度效应的膏体充填体变形特征,构建了考虑压力-温度效应的膏体充填体两段式损伤本构模型;通过建立膏体充填体的数值计算模型,研究了考虑压力-温度效应的膏体充填体颗粒...
【文章页数】：206 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题背景及来源
1.2 课题研究目的及意义
1.3 文献综述
1.3.1 国内外膏体充填采矿技术应用现状
1.3.2 充填体养护实验装置研究现状
1.3.3 膏体充填体性能影响因素研究现状
1.3.4 压力-温度效应下膏体充填体力学性能研究现状
1.3.5 膏体充填多场性能研究现状
1.4 主要研究内容及技术路线
1.4.1 主要研究内容
1.4.2 技术路线
2 考虑压力-温度效应的膏体充填体养护实验装置研发
2.1 引言
2.2 压力-温度效应的来源及范围确定
2.2.1 压力效应的来源及范围确定
2.2.2 温度效应的来源及范围确定
2.3 膏体充填体养护实验装置的技术要求及指标分析
2.4 膏体充填体养护实验装置的构成
2.4.1 充填料浆放置系统
2.4.2 养护压力控制系统
2.4.3 养护温度控制系统
2.4.4 养护湿度控制系统
2.4.5 固结排水系统
2.4.6 数据采集系统
2.5 装置成型及特点分析
2.6 本章小结
3 压力-温度效应对膏体充填体力学性能影响研究
3.1 引言
3.2 实验材料
3.2.1 尾砂
3.2.2 拌合水
3.2.3 水泥
3.3 实验仪器及方法
3.3.1 实验仪器
3.3.2 实验方法
3.3.3 实验方案设计
3.4 压力-温度效应对膏体充填体物理性能影响
3.5 压力-温度效应下膏体充填体强度演化规律
3.5.1 压力效应对膏体充填体强度的影响
3.5.2 温度效应对膏体充填体强度的影响
3.5.3 养护时间对膏体充填体强度的影响
3.5.4 膏体充填体强度预测模型的建立及其验证
3.5.5 峰值强度和峰值应变
3.6 压力-温度效应对膏体充填体弹性模量的影响
3.7 本章小结
4 考虑压力-温度效应的膏体充填体细观损伤特性
4.1 引言
4.2 考虑压力-温度效应的膏体充填体变形特征
4.2.1 考虑压力-温度效应的膏体充填体应力-应变曲线
4.2.2 考虑压力-温度效应的膏体充填体损伤过程分析
4.3 考虑压力-温度效应的膏体充填体损伤本构模型
4.3.1 损伤力学基本理论
4.3.2 损伤模型建立及参数
4.3.3 膏体充填体损伤本构模型验证
4.4 考虑压力-温度效应的膏体充填体细观力学性能研究
4.4.1 膏体充填体细观力学模型的确定
4.4.2 膏体充填体数值计算模型的建立
4.4.3 膏体充填体细观力学参数的确定
4.4.4 计算结果分析
4.5 本章小结
5 压力-温度效应下膏体充填体多场性能监测及其关联机制
5.1 引言
5.2 实验材料
5.3 实验仪器及方法
5.3.1 实验仪器
5.3.2 实验方法
5.4 实验结果分析
5.4.1 压力-温度效应下膏体充填体内部温度演化规律
5.4.2 压力-温度效应下膏体充填体体积含水率与基质吸力发展
5.4.3 压力-温度效应下膏体充填体内部电导率演化规律
5.5 压力-温度效应下膏体充填体多场性能关联机制
5.5.1 膏体充填体的水-力性能关联
5.5.2 膏体充填体的化-力性能关联
5.5.3 膏体充填体的热-水-化-力多场性能关联性研究
5.6 本章小结
6 压力-温度效应下膏体充填体微观特征及力学性能响应机制
6.1 引言
6.2 膏体充填体微观结构研究方法
6.3 压力-温度效应下膏体充填体微观结构特征分析
6.3.1 膏体充填体矿物成分分析
6.3.2 膏体充填体微观形貌及其定量表征
6.3.3 膏体充填体物理化学反应
6.3.4 膏体充填体孔隙分布特征
6.4 压力-温度效应下膏体充填体力学性能的响应机制
6.4.1 压力-温度效应与膏体充填体力学性能的关联性
6.4.2 压力-温度效应对膏体充填体力学性能的影响机理
6.5 本章小结
7 考虑压力-温度效应的膏体充填体配合比优化设计方法与工程建议
7.1 引言
7.2 考虑压力-温度效应的膏体充填体配合比优化设计方法
7.3 某铜矿工程概况
7.3.1 工程背景
7.3.2 开采工艺
7.3.3 膏体充填工艺流程及强度要求
7.4 考虑压力-温度效应的膏体充填体配合比优化设计
7.4.1 膏体充填体实际压力-温度效应调查
7.4.2 标准室内养护条件下膏体充填体配合比设计
7.4.3 考虑压力-温度效应的膏体充填体配合比方案确定
7.5 工程措施及建议
7.6 现场应用效益前景分析
7.7 本章小结
8 结论与展望
8.1 主要结论
8.2 创新点
8.3 问题与展望
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]钦州市农产品加工业与农业产业结构灰色关联分析[J]. 张经阳. 安徽农业科学. 2019(17)
[2]非饱和红粘土基质吸力与密度及温度关系试验研究[J]. 蒋鑫. 资源信息与工程. 2019(04)
[3]基于正交设计的某矿超细全尾砂膏体材料配比试验研究[J]. 张浩强. 有色金属(矿山部分). 2019(04)
[4]阶段空场嗣后充填胶结体强度模型及应用[J]. 王俊,乔登攀,韩润生,李广涛,谢锦程. 岩土力学. 2019(03)
[5]养护压力对水泥固化高含水率淤泥强度的影响[J]. 郑少辉,于同生,章荣军,郑俊杰. 土木工程与管理学报. 2018(05)
[6]尾砂胶结充填体试样早期强度与孔结构关联规律研究[J]. 李文臣,王忠红,郭利杰,许文远. 中国矿业. 2018(10)
[7]王行庄煤矿地温特征及地热资源的利用[J]. 杨长保,杨玉琦,梁海丽,梁冰. 能源与环保. 2018(09)
[8]分级尾砂胶结充填体力学及声发射特性试验研究[J]. 雍伟勋,王凯. 黄金. 2018(07)
[9]温度裂隙对充填体强度耦合效应及裂纹扩展模式[J]. 徐文彬,万昌兵,田喜春. 采矿与安全工程学报. 2018(03)
[10]超细尾砂胶结充填材料的研究与应用[J]. 陈贤树,杨计军,刘万宁,古红亮. 采矿技术. 2018(03)
博士论文
[1]半水磷石膏基矿用复合充填材料及其管输特性研究[D]. 兰文涛.北京科技大学 2019
[2]初温效应下湿喷混凝土流变行为及其管输特性研究[D]. 于少峰.北京科技大学 2019
[3]永平铜矿全尾砂胶结充填材料性能与采场围岩稳定性研究[D]. 齐宽.北京科技大学 2018
[4]深部热害矿井热环境特性及调温技术研究[D]. 朱帅.太原理工大学 2017
[5]低温环境下膏体材料流动与力学特性实验研究[D]. 姜海强.中国矿业大学 2016
[6]初温效应下膏体多场性能关联机制及力学特性[D]. 王勇.北京科技大学 2017
[7]煤矿胶结充填开采覆岩移动及矿压显现规律研究[D]. 杨鹏飞.中国矿业大学(北京) 2016
[8]塌陷区膏体处置体宏细观力学行为及协调变形控制研究[D]. 孙伟.北京科技大学 2016
[9]不同加载方式下岩石断裂面形貌的多尺度分析[D]. 潘学哉.江苏大学 2014
[10]交变荷载与硫酸盐腐蚀作用下水泥混凝土疲劳损伤机制[D]. 关博文.长安大学 2012
硕士论文
[1]煤基多孔碳的孔隙三维表征及渗透研究[D]. 吕邦民.中国矿业大学 2019
[2]金渠金矿深井开采通风系统优化改造与热害治理研究[D]. 魏小宾.西安建筑科技大学 2018
[3]基于拱架效应的充填采空区稳定性研究[D]. 陈鹏.华南理工大学 2018
[4]真三轴应力状态下岩石变形破坏过程细观数值模拟研究[D]. 张扬.中国矿业大学 2017
[5]高地热金属矿山井巷通风降温数值模拟研究[D]. 姚娜.华北理工大学 2016
[6]潘三矿热害调查及风温预测研究[D]. 张群.安徽理工大学 2015
[7]深井铜矿山热环境分析与降温方法研究[D]. 刘成敏.江西理工大学 2015
[8]不同温度下煤系砂质泥岩力学特性试验及损伤本构模型研究[D]. 宋新龙.安徽理工大学 2014
[9]红透山铜锌矿地温分布规律及控制研究[D]. 陈小松.东北大学 2014
[10]深部开采充填体稳定性及与岩体智能匹配研究[D]. 周士霖.中南大学 2012
本文编号：3663586
【文章页数】：206 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题背景及来源
1.2 课题研究目的及意义
1.3 文献综述
1.3.1 国内外膏体充填采矿技术应用现状
1.3.2 充填体养护实验装置研究现状
1.3.3 膏体充填体性能影响因素研究现状
1.3.4 压力-温度效应下膏体充填体力学性能研究现状
1.3.5 膏体充填多场性能研究现状
1.4 主要研究内容及技术路线
1.4.1 主要研究内容
1.4.2 技术路线
2 考虑压力-温度效应的膏体充填体养护实验装置研发
2.1 引言
2.2 压力-温度效应的来源及范围确定
2.2.1 压力效应的来源及范围确定
2.2.2 温度效应的来源及范围确定
2.3 膏体充填体养护实验装置的技术要求及指标分析
2.4 膏体充填体养护实验装置的构成
2.4.1 充填料浆放置系统
2.4.2 养护压力控制系统
2.4.3 养护温度控制系统
2.4.4 养护湿度控制系统
2.4.5 固结排水系统
2.4.6 数据采集系统
2.5 装置成型及特点分析
2.6 本章小结
3 压力-温度效应对膏体充填体力学性能影响研究
3.1 引言
3.2 实验材料
3.2.1 尾砂
3.2.2 拌合水
3.2.3 水泥
3.3 实验仪器及方法
3.3.1 实验仪器
3.3.2 实验方法
3.3.3 实验方案设计
3.4 压力-温度效应对膏体充填体物理性能影响
3.5 压力-温度效应下膏体充填体强度演化规律
3.5.1 压力效应对膏体充填体强度的影响
3.5.2 温度效应对膏体充填体强度的影响
3.5.3 养护时间对膏体充填体强度的影响
3.5.4 膏体充填体强度预测模型的建立及其验证
3.5.5 峰值强度和峰值应变
3.6 压力-温度效应对膏体充填体弹性模量的影响
3.7 本章小结
4 考虑压力-温度效应的膏体充填体细观损伤特性
4.1 引言
4.2 考虑压力-温度效应的膏体充填体变形特征
4.2.1 考虑压力-温度效应的膏体充填体应力-应变曲线
4.2.2 考虑压力-温度效应的膏体充填体损伤过程分析
4.3 考虑压力-温度效应的膏体充填体损伤本构模型
4.3.1 损伤力学基本理论
4.3.2 损伤模型建立及参数
4.3.3 膏体充填体损伤本构模型验证
4.4 考虑压力-温度效应的膏体充填体细观力学性能研究
4.4.1 膏体充填体细观力学模型的确定
4.4.2 膏体充填体数值计算模型的建立
4.4.3 膏体充填体细观力学参数的确定
4.4.4 计算结果分析
4.5 本章小结
5 压力-温度效应下膏体充填体多场性能监测及其关联机制
5.1 引言
5.2 实验材料
5.3 实验仪器及方法
5.3.1 实验仪器
5.3.2 实验方法
5.4 实验结果分析
5.4.1 压力-温度效应下膏体充填体内部温度演化规律
5.4.2 压力-温度效应下膏体充填体体积含水率与基质吸力发展
5.4.3 压力-温度效应下膏体充填体内部电导率演化规律
5.5 压力-温度效应下膏体充填体多场性能关联机制
5.5.1 膏体充填体的水-力性能关联
5.5.2 膏体充填体的化-力性能关联
5.5.3 膏体充填体的热-水-化-力多场性能关联性研究
5.6 本章小结
6 压力-温度效应下膏体充填体微观特征及力学性能响应机制
6.1 引言
6.2 膏体充填体微观结构研究方法
6.3 压力-温度效应下膏体充填体微观结构特征分析
6.3.1 膏体充填体矿物成分分析
6.3.2 膏体充填体微观形貌及其定量表征
6.3.3 膏体充填体物理化学反应
6.3.4 膏体充填体孔隙分布特征
6.4 压力-温度效应下膏体充填体力学性能的响应机制
6.4.1 压力-温度效应与膏体充填体力学性能的关联性
6.4.2 压力-温度效应对膏体充填体力学性能的影响机理
6.5 本章小结
7 考虑压力-温度效应的膏体充填体配合比优化设计方法与工程建议
7.1 引言
7.2 考虑压力-温度效应的膏体充填体配合比优化设计方法
7.3 某铜矿工程概况
7.3.1 工程背景
7.3.2 开采工艺
7.3.3 膏体充填工艺流程及强度要求
7.4 考虑压力-温度效应的膏体充填体配合比优化设计
7.4.1 膏体充填体实际压力-温度效应调查
7.4.2 标准室内养护条件下膏体充填体配合比设计
7.4.3 考虑压力-温度效应的膏体充填体配合比方案确定
7.5 工程措施及建议
7.6 现场应用效益前景分析
7.7 本章小结
8 结论与展望
8.1 主要结论
8.2 创新点
8.3 问题与展望
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]钦州市农产品加工业与农业产业结构灰色关联分析[J]. 张经阳. 安徽农业科学. 2019(17)
[2]非饱和红粘土基质吸力与密度及温度关系试验研究[J]. 蒋鑫. 资源信息与工程. 2019(04)
[3]基于正交设计的某矿超细全尾砂膏体材料配比试验研究[J]. 张浩强. 有色金属(矿山部分). 2019(04)
[4]阶段空场嗣后充填胶结体强度模型及应用[J]. 王俊,乔登攀,韩润生,李广涛,谢锦程. 岩土力学. 2019(03)
[5]养护压力对水泥固化高含水率淤泥强度的影响[J]. 郑少辉,于同生,章荣军,郑俊杰. 土木工程与管理学报. 2018(05)
[6]尾砂胶结充填体试样早期强度与孔结构关联规律研究[J]. 李文臣,王忠红,郭利杰,许文远. 中国矿业. 2018(10)
[7]王行庄煤矿地温特征及地热资源的利用[J]. 杨长保,杨玉琦,梁海丽,梁冰. 能源与环保. 2018(09)
[8]分级尾砂胶结充填体力学及声发射特性试验研究[J]. 雍伟勋,王凯. 黄金. 2018(07)
[9]温度裂隙对充填体强度耦合效应及裂纹扩展模式[J]. 徐文彬,万昌兵,田喜春. 采矿与安全工程学报. 2018(03)
[10]超细尾砂胶结充填材料的研究与应用[J]. 陈贤树,杨计军,刘万宁,古红亮. 采矿技术. 2018(03)
博士论文
[1]半水磷石膏基矿用复合充填材料及其管输特性研究[D]. 兰文涛.北京科技大学 2019
[2]初温效应下湿喷混凝土流变行为及其管输特性研究[D]. 于少峰.北京科技大学 2019
[3]永平铜矿全尾砂胶结充填材料性能与采场围岩稳定性研究[D]. 齐宽.北京科技大学 2018
[4]深部热害矿井热环境特性及调温技术研究[D]. 朱帅.太原理工大学 2017
[5]低温环境下膏体材料流动与力学特性实验研究[D]. 姜海强.中国矿业大学 2016
[6]初温效应下膏体多场性能关联机制及力学特性[D]. 王勇.北京科技大学 2017
[7]煤矿胶结充填开采覆岩移动及矿压显现规律研究[D]. 杨鹏飞.中国矿业大学(北京) 2016
[8]塌陷区膏体处置体宏细观力学行为及协调变形控制研究[D]. 孙伟.北京科技大学 2016
[9]不同加载方式下岩石断裂面形貌的多尺度分析[D]. 潘学哉.江苏大学 2014
[10]交变荷载与硫酸盐腐蚀作用下水泥混凝土疲劳损伤机制[D]. 关博文.长安大学 2012
硕士论文
[1]煤基多孔碳的孔隙三维表征及渗透研究[D]. 吕邦民.中国矿业大学 2019
[2]金渠金矿深井开采通风系统优化改造与热害治理研究[D]. 魏小宾.西安建筑科技大学 2018
[3]基于拱架效应的充填采空区稳定性研究[D]. 陈鹏.华南理工大学 2018
[4]真三轴应力状态下岩石变形破坏过程细观数值模拟研究[D]. 张扬.中国矿业大学 2017
[5]高地热金属矿山井巷通风降温数值模拟研究[D]. 姚娜.华北理工大学 2016
[6]潘三矿热害调查及风温预测研究[D]. 张群.安徽理工大学 2015
[7]深井铜矿山热环境分析与降温方法研究[D]. 刘成敏.江西理工大学 2015
[8]不同温度下煤系砂质泥岩力学特性试验及损伤本构模型研究[D]. 宋新龙.安徽理工大学 2014
[9]红透山铜锌矿地温分布规律及控制研究[D]. 陈小松.东北大学 2014
[10]深部开采充填体稳定性及与岩体智能匹配研究[D]. 周士霖.中南大学 2012
本文编号：3663586
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