采矿与安全工程学报 ›› 2025, Vol. 42 ›› Issue (2): 418-429.doi: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0208

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风积沙胶结充填体力学特性与破坏特征研究

王树帅1,杨仁树2,3,李永亮4,岳中文3   

  1. 1. 辽宁工程技术大学矿业学院,辽宁 阜新 123000;2. 北京科技大学资源与安全工程学院,北京 100083;
    3. 中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院,北京 100083;4. 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京 100083
  • 出版日期:2025-03-15 发布日期:2025-03-18
  • 通讯作者: 王树帅,E-mail: wsstree@163.com,Tel:18401624262
  • 作者简介:王树帅(1993— ),男,内蒙古自治区赤峰市人,博士,副教授,主要从事煤矿绿色充填开采与充填材料性能方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金面上项目(52174095)

Study on mechanical properties and failure characteristics of cemented aeolian sand backfill

  • Online:2025-03-15 Published:2025-03-18

摘要: 风积沙胶结充填体的力学特性对充填效果具有重要影响,其力学特性具有尺寸效应,且在充填过程中会形成分层结构。从内部因素(材料配比)与外部因素(尺寸及分层层数)两方面对风积沙胶结充填体力学特性进行研究,分析风积沙替代率(风积沙替代矸石的质量比)对矸石-风积沙胶结材料性能的影响,并在替代率试验的基础上,采用响应面法从“单因素—双因素交互作用—三因素耦合效应”3个层面揭示水泥含量、灰(粉煤灰)沙(风积沙)比和质量浓度对充填体强度的影响。结果表明:充填体强度随三因素增加均增大,在交互作用中,一因素的增加会促进另一因素的增强效果;充填体力学性能随高宽比与分层层数的增加而降低;随着高宽比的增加,充填体破坏形式表现为“多条裂缝—单条裂缝—无裂缝贯穿充填体上下表面”,裂纹逐渐集中于充填体中下部;高宽比较大的充填体在局部裂纹作用下即失去承载能力;分层充填体在分层面处先产生裂纹,而后裂纹向分层面两侧基质内延伸。研究结果可为风积沙胶结充填工艺选择合理的材料配比及充填结构提供相应的理论依据与指导。

关键词: 风积沙充填, 力学特性, 破坏特征, 尺寸效应, 分层结构

中图分类号: