漿體膨脹材料充填體的流變性能研究.pdf

1、充填體的穩(wěn)定性和耐久性是衡量一種充填材料是否符合工程要求的重要標(biāo)準(zhǔn)。漿體膨脹材料因其漿體黏度小、流動(dòng)性好、強(qiáng)度高、膨脹主動(dòng)接頂?shù)葍?yōu)點(diǎn)，逐漸在礦山充填以及地下洞室等領(lǐng)域得到應(yīng)用和推廣。然而關(guān)于其流變性能方面的研究仍有一定的欠缺，本文主要針對(duì)漿體膨脹材料充填體的流變性能進(jìn)行試驗(yàn)和探究。
　　本文主要采用單軸壓縮蠕變的相關(guān)方法和理論，輔助以循環(huán)加卸載等試驗(yàn)，對(duì)充填體的流變性能及相關(guān)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行研究。改善了以往單純以軸向變形為參照標(biāo)準(zhǔn)的方

2、法，以充填體的變形模量和泊松比為研究對(duì)象。對(duì)兩參數(shù)的時(shí)效性和變化速率進(jìn)行了詳盡的研究。據(jù)此探究了漿體膨脹材料充填體的應(yīng)力應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系，同時(shí)利用數(shù)值解析和計(jì)算機(jī)模擬的方法對(duì)充填體的蠕變本構(gòu)方程進(jìn)行了擬合，并據(jù)此對(duì)充填體的時(shí)變強(qiáng)度進(jìn)行了演繹研究，這對(duì)于研究充填體的時(shí)效性和耐久性有一定的指導(dǎo)意義。本論文的主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　（1）漿體膨脹材料充填體的拉壓比約為0.16，屬脆性較明顯材料。在加載時(shí)，每級(jí)荷載下充填體都有瞬時(shí)形變，其

3、后為蠕變形變。單一荷載水平作用下，充填體蠕變隨受荷時(shí)間的增加而增長(zhǎng)，進(jìn)入穩(wěn)定蠕變階段后增長(zhǎng)速率趨于不為0的常數(shù)。不同荷載水平作用下穩(wěn)定蠕變?cè)鲩L(zhǎng)率隨荷載的增大而提高。充填體橫、軸向變形均存在應(yīng)力閾值，橫向應(yīng)力閾值大約為軸向的60％～80%。橫向變形比軸向變形要更敏感一些。可以通過(guò)充填體蠕變的泊松比來(lái)預(yù)測(cè)充填體變形程度。當(dāng)充填體泊松比超過(guò)0.4時(shí)，充填體橫向變形進(jìn)入加速階段；當(dāng)泊松比達(dá)到0.6，充填體可能已經(jīng)進(jìn)入加速蠕變階段。
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4、2）以充填體單軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)為基礎(chǔ)，通過(guò)分析蠕變曲線特征確定伯格斯模型描述漿體膨脹材料充填體蠕變特征具有良好的適應(yīng)性。采用 origin8.0最小二乘法利用蠕變曲線反分析得到伯格斯模型參數(shù)，建立一維情況下的漿體膨脹材料充填體本構(gòu)方程。依據(jù)蠕變模型研究充填體時(shí)變強(qiáng)度可知，持續(xù)受力10年漿體膨脹材料充填體抗壓強(qiáng)度降低17.83%，持續(xù)受力100年充填體抗壓強(qiáng)度降低49.33%。利用FLAC3D模擬出的蠕變、應(yīng)力、應(yīng)變隨時(shí)間變化情況與解析值基

5、本一致。當(dāng)外荷載持續(xù)作用于充填體結(jié)構(gòu)時(shí)，即使載荷很小，隨時(shí)間增長(zhǎng)，漿體膨脹材料充填體內(nèi)部依舊發(fā)生持續(xù)劣化。
　　（3）對(duì)充填體蠕變影響因素研究表明，含水率的影響是最明顯的。隨著充填體含水率的提高，充填體各項(xiàng)力學(xué)參數(shù)都得到了相應(yīng)提升，充填體的粘滯系數(shù)也逐漸增大，尤其是在較高應(yīng)力水平階段，而蠕變速率隨含水率提高逐漸降低；尺寸效應(yīng)對(duì)于漿體膨脹材料充填體這種均質(zhì)結(jié)構(gòu)單元很小的固體材料影響很小，幾乎可以忽略不計(jì)，這對(duì)于將室內(nèi)小尺寸試件試驗(yàn)研

6、究結(jié)論應(yīng)用到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)有極大的指導(dǎo)意義；加載速率對(duì)充填體的影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面是充填體變形速率是一定的，當(dāng)加載速率小于或者等于充填體的變形速率時(shí)，充填體的變形是充分的，此時(shí)所測(cè)得變形速率即為充填體變形真實(shí)速率。當(dāng)加載速率大于充填體變形速率時(shí)，充填體變形就會(huì)滯后于加載速率，這時(shí)候會(huì)表現(xiàn)出一些參數(shù)變大的“假象”，此時(shí)過(guò)大的加載速率對(duì)充填體有一定的沖擊破壞作用；另一個(gè)方面，隨加載速率的提高充填體試件的瞬時(shí)變形模量逐漸增大，而且隨應(yīng)力水