【摘 要】
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煤矿企业向环境中排放了大量煤矸石。因为处置的不及时,导致煤矸石发生自燃,造成了严重的环境污染和安全隐患。自燃后的煤矸石拥有一定的火山灰活性。若能基于膏体充填技术和自燃煤矸石的优良性能,研发一种新型膏体充填材料,对固体废弃物的处置和矿山绿色开采具有重要的意义。当膏体充填材料被泵送入采空区时,在地应力的作用下发生变形甚至破坏,其损伤演化规律尚不明确。论文基于室内试验-理论分析相结合的研究方法,以阜新地
【基金项目】
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真三轴条件下生物质与煤混燃灰地聚物充填体渐进破坏机制研究.国家自然科学基金面上项目,编号:52074144; 脱硫石膏-赤泥-矿渣胶结充填体多尺度力学行为研究.辽宁省教育厅科学技术研究项目,编号:LJ2020JCL001
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煤矿企业向环境中排放了大量煤矸石。因为处置的不及时,导致煤矸石发生自燃,造成了严重的环境污染和安全隐患。自燃后的煤矸石拥有一定的火山灰活性。若能基于膏体充填技术和自燃煤矸石的优良性能,研发一种新型膏体充填材料,对固体废弃物的处置和矿山绿色开采具有重要的意义。当膏体充填材料被泵送入采空区时,在地应力的作用下发生变形甚至破坏,其损伤演化规律尚不明确。论文基于室内试验-理论分析相结合的研究方法,以阜新地区自燃煤矸石为试验原材料,采用强度活性指数试验法确定煤矸石的最佳粉磨时间。以粉磨后的煤矸石和矿渣作为胶凝材料,以筛分后的煤矸石作为骨料,运用响应面法和满意度函数法获得膏体充填材料的最优配合比。使用SEM-EDS和FTIR的表征手段分析其强度形成机理。通过常规单轴压缩试验,分析不同压缩阶段膏体充填材料的变形特征及损伤特性,建立以初始压密阶段终点为临界点的分段损伤本构模型。通过单轴循环加卸载试验,并结合数字散斑相关方法,探究充填体在加卸载条件下的损伤演化规律。研究结果表明:（1）随着粉磨时间的增加,煤矸石的火山灰活性不断增大。粉磨时间过长会导致煤矸石粉出现团聚现象,降低与水泥的反应程度。煤矸石最佳粉磨时间为30min,火山灰活性指数为70%。（2）膏体充填材料最优配合比:质量浓度为82.58%,用碱量为2.93%,矿渣掺量为30%,细矸率为52.92%。SEM-EDS分析结果表明充填体强度的形成是因为生成了C-S-H凝胶和C-A-S-H凝胶。FTIR分析结果表明产物中存在H-O-H、Si-O、Si-O-T（T为Si或Al）键,与SEM-EDS分析结果相印证。（3）充填体在常规单轴压缩条件下的水平位移、竖向位移、最大剪切变形随试验的进行不断增大,损伤程度不断增加。建立了以初始压密阶段终点为分界点的分段式损伤本构模型,可有效描述其在单轴压缩状态下的应力-应变曲线的发展过程。（4）在单轴循环加卸载的条件下,充填体的水平位移、竖向位移和最大剪切变形随循环次数的增加不断增大,最终破坏形式为Y状交叉破坏。（5）在单轴循环加卸载条件下,充填体的弹性应变、总应变和卸荷模量随着循环次数的增加而不断增大,塑性应变随循环次数的增加呈现先增大再减小后缓慢增大的趋势。外部荷载对充填体试件做功产生的总能量、储存在充填体内部的弹性应变能、耗散能随着循环次数的增加不断增大。耗能比随着循环次数增加而增大,且增长速率逐渐加快。耗能比越大,充填体的损伤越严重。该论文有图39幅,表22个,参考文献100篇。
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