钢纤维增强尾砂胶结充填体的力学性能与损伤机制

摘要

为探究钢纤维（SF）对充填体的力学性能与损伤破坏机制的影响，以纤维增强尾砂胶结充填体（FR–CTB）为研究对象，研究SF掺量对充填体力学性能的影响，采用数字图像相关（DIC）技术监测试件的全场应变，跟踪试件的裂纹发展，此外，从微观层面进一步研究了SF对充填体的增强机理.结果表明，随着SF掺量和养护龄期的增加，FR–CTB的单轴抗压强度、劈裂抗拉强度以及抗剪强度均表现出了不同程度的增长，SF掺量为20 kg·m^-3时增强效果最好，但是当超过20 kg·m^-3后增强效果显著降低.钢纤维的存在较大程度上约束了充填体裂隙的扩展，削弱裂隙尖端应力集中，有效阻止了裂纹的扩展，改善整个试件的变形.此外，添加钢纤维后，尾砂颗粒、纤维和水化产物形成了一个完整且更致密的结构，在加载过程中由于SF与尾砂–水泥基体之间的相互作用，SF的增强作用主要体现在桥接和拔出行为，水化产物的存在增加了SF表面的粗糙度，从而增加了SF与水泥–尾砂基体之间的摩擦力来吸收外部载荷的能量，提高FR–CTB的力学性能.最后利用SPSS曲线估计建立各龄期充填体强度计算模型，模型精度较高，可对掺钢纤维充填体强度进行预测.

关键词

尾砂胶结充填体 / 钢纤维 / 力学性能 / 损伤演化 / 微观特征

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52074121,52074137); 云南省重点研发项目(202403AA080001); 云南省面上基金资助项目(202201AT070151)