分层胶结充填体三轴压缩力学特性及能量演化规律研究

摘要

在高阶段嗣后采场充填过程中，为了提高充填体的稳定性和经济性，多采用分层胶结充填技术对采场进行充填.分层胶结充填技术通过构建一种由高强度的顶层和底层，以及低强度的中间层组成的分层复合结构，实现了尾砂的有效充填.为了探究具有不同结构特征的分层胶结充填体的力学性能、破坏模式、能量演化和微观结构，对养护龄期为3,7和28 d的分层胶结充填体试样进行了三轴压缩试验和微观结构分析.其中，中间层灰砂比设置为1∶20,1∶15和1∶9,围压设置为0,50,100和200 kPa.结果表明：分层胶结充填体试样的峰值偏应力和弹性模量均随着中间层灰砂比的提高、养护龄期的延长和围压的增加而增大；试样的表观内聚力随着灰砂比和养护龄期的增加而显著提高，而表观内摩擦角在一定范围内呈现轻微下降的趋势；当层间力学性能存在显著差异时，试样在经历初期的弹塑性变形后，首先在中间层低强度区域发生破坏，由于应力的重新分布，试样随后进入二次弹塑性变形阶段，并最终导致整体结构的破坏；分层胶结充填体的储能极限随着中间层灰砂比和养护龄期的增加而增大，能量演化曲线与应力-应变曲线之间存在显著的相关性；随着围压的增加，分层胶结充填体试样的破坏模式可分为中间层拉伸破坏、中间层混合拉剪破坏和整体剪切破坏；中间层灰砂比的降低和养护龄期的提前会诱发顶层或底层的拉伸破坏.研究结果对分层胶结充填体在后续充填矿山中的应用具有重要意义.

关键词

分层胶结充填体 / 三轴压缩 / 力学性能 / 能量演化 / 破坏模式