2018年基于直剪實驗的膠結充填體巖石接觸面力學特性研究.pdf

1、北京礦冶研究總院 基于直剪實驗的膠結充填體-巖石 接觸面力學特性研究基于直剪實驗的膠結充填體-巖石 接觸面力學特性研究 2018.10.24 第七屆黃金科學技術青年論壇 BGRIMM 提綱 提綱 一.研究內容與目的 三.結果分析 二.充填體-巖石接觸面直剪實驗方案 BGRIMM 北京礦冶研究總院 一.研究內容與目的 Sliding slope BGRIMM 北京礦冶研究總院 一.研究內容與目的 充填體與側壁巖體的接觸作用機理 充填體內部成拱作用及應力分布 采場充填體揭露前后的三維應力的演化及解析 充填體的強度設計提供理論支撐 認識 推算 反饋 Koupouli Nabass J.F.,Bele

2、m Tikou,Rivard Patrice,Effenguet Herv.Direct shear tests on cemented paste backfillrock wall and cemented paste backfillbackfill interfaces.Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering.2016;8:472-9.BGRIMM 北京礦冶研究總院 一.研究內容與目的 國內外研究現狀 國內外研究現狀 國內研究 國內研究 國外研究 國外研究 國內相關領域研究尚處空白。國內巖石、混凝土及土等領域的直剪實

3、驗研究較為完善，但充填體-巖石接觸面的大型直剪實驗研究尚缺乏。國外主要以Fall和Belem兩個團隊做了充填體-巖石接觸面的直剪實驗，得到了一些規律。但國外充填體水泥含量都比較低，沒有得到完整的從低灰砂比到高灰砂比充填體-巖石接觸面的實驗規律。BGRIMM 北京礦冶研究總院 二.充填體-巖石接觸面直剪實驗方案 莫爾庫侖強度準則：莫爾庫侖強度準則：cntan實驗方法 實驗方法 前提假設：對于同一養護齡期和灰砂比的充填體-巖石接觸面，其內摩擦角和黏聚力c不變。采用直剪實驗來表征測試充填體-巖石接觸面力學參數 BGRIMM 北京礦冶研究總院 二.充填體-巖石接觸面直剪實驗方案 直剪試驗裝置采用美國進

4、口的達漢新柯的LG-8200M大型直剪儀。直剪儀原理如圖所示：上剪切盒尺寸：305x305x102mm3；下剪切盒尺寸：406x305x102mm3；剪切速率范圍：0.0255.00mm/min；最大水平剪切力：44.4kN；最大豎向壓力：9kN；最大水平位移：101mm；剪切面可調范圍：012.7mm。此次實驗參照ASTM D5321標準 剪切速率選取0.5mm/min.BGRIMM 北京礦冶研究總院 二.充填體-巖石接觸面直剪實驗方案 JRC：接觸面粗糙度 JCS：巖石單軸抗壓強度 ：接觸面內摩擦角 劉光生等學者通過數值模擬的方法，對影響充填體-巖石接觸面的強度因素進行了敏感性分析，并最終

5、確定了接觸面強度主要受接觸面內摩擦角、黏聚力c，及接觸面粗糙度影響顯著。Liu Guangsheng,Li Li,Yang Xiaocong,Guo Lijie.A numerical analysis of the stress distribution in backfilled stopes considering nonplanar interfaces between the backfill and rock walls.Inter-national Journal of Geotechnical Engineering.2016;10:271-82.Nicholas Barton

6、.Review of a new shear-strength criterion for rock joints.1973 經驗公式 經驗公式 數值模擬 數值模擬)JCS(log*tan(JRC)10nn巴頓公式：BGRIMM 北京礦冶研究總院 二.充填體-巖石接觸面直剪實驗方案 接觸面粗糙度 接觸面粗糙度 灰砂比 灰砂比 養護齡期 養護齡期 使用不同傾角（30、45和60）的鋸齒型和平整型接觸面進行對比實驗；配制不同灰砂比（1:4、1:10和1:20）充填體-巖石接觸面試塊；在養護室（濕度95%，溫度200.5）養護一定時間（3、7和28天）后測試其抗剪強度。實驗參數 實驗參數 BGRIM

7、M 北京礦冶研究總院 二.充填體-巖石接觸面直剪實驗方案 實驗澆模模具及澆模過程 試塊剪切前后對比圖 實驗試塊尺寸：151520cm3 BGRIMM 北京礦冶研究總院 三.結果分析與規律總結 BGRIMM 北京礦冶研究總院 三.結果分析與規律總結 充填體-巖石接觸面直剪實驗規律：對于同養護齡期試塊，接觸面內摩擦角和黏聚力c隨著水泥含量的增加而顯著提高；莫爾庫侖強度準則：莫爾庫侖強度準則：cntan對于相同灰砂比的試塊，隨著養護齡期增加，內摩擦角和黏聚力會小幅提高。BGRIMM 北京礦冶研究總院 三.結果分析與規律總結 一一 實際剪切強度 一一 實際剪切強度 不同粗糙度接觸面強度分布區 不同粗糙度接觸面強度分布區 若知道充填體自身剪切強度，及光滑型充填體-巖石接觸面的剪切強度，則能夠確定充填體-巖石不同粗糙度接觸面剪切強度的分布區域。由兩剪切破壞線可得到：在低法向應力時，剪切沿著接觸面破壞，若法向應力大到一定值，則會在充填體內部破壞。BGRIMM 北京礦冶研究總院 匯報完畢，匯報完畢，敬請批評指正。敬請批評指正。