【摘 要】
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充填采矿法因为符合新时代的要求而得到越来越广泛的应用,然而受到充填站产能的限制,很少有矿山可以做到一次性充填完成,分次充填导致充填体出现分层现象,深入的研究分层尾砂胶结充填体,将对深部采矿事业的安全开展具有重大的工程意义。本文依托于国家自然科学基金项目“深层软岩流变、蠕变、固流转化统一理论及控制技术的研究”（51674149）,制备由尾砂（骨料）、水泥（胶结剂）和水构成的尾砂胶结充填体试件,尾砂取
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充填采矿法因为符合新时代的要求而得到越来越广泛的应用,然而受到充填站产能的限制,很少有矿山可以做到一次性充填完成,分次充填导致充填体出现分层现象,深入的研究分层尾砂胶结充填体,将对深部采矿事业的安全开展具有重大的工程意义。本文依托于国家自然科学基金项目“深层软岩流变、蠕变、固流转化统一理论及控制技术的研究”（51674149）,制备由尾砂（骨料）、水泥（胶结剂）和水构成的尾砂胶结充填体试件,尾砂取自山东莱芜的谷家台铁矿,水泥为基准水泥（P·I.42.5硅酸盐水泥）。本文从源头出发,充分的了解充填采矿技术的发展并发现该技术目前的不足之处,在严格遵照《全尾砂膏体充填技术规范》等标准的前提下对尾砂胶结充填体试件的制备方法进行改进,在标准养护条件下养护不同的龄期后,通过TAW-200多功能材料力学试验机对含不同影响因素的尾砂胶结充填体试件进行单轴压缩试验和单轴蠕变试验,随后引进了混凝土领域的回弹法并对其可靠性进行验证,最后通过ABAQUS有限元软件对部分尾砂胶结充填体试件的单轴压缩过程进行数值模拟分析,与试验结果相互验证。本文的主要研究内容和结论如下:（1）对尾砂胶结充填体试件制备方法进行改进,改进后的制备方法比传统的制备方法更加容易脱模,得到的试件不仅近乎无损伤,而且物理化学性质得到最大限度的保存;试件在脱模膜包裹下进行养护,可以得到更加稳定的养护环境。（2）根据试验方案制备尾砂胶结充填体试件并进行单轴压缩试验,建立了分层尾砂胶结充填体的损伤本构模型。分层现象和灰砂比以及上下层灰砂比分布均对尾砂胶结充填体存在影响;分层之间粗糙的接触面会使胶结面的质量更好,对分层尾砂胶结充填体的单轴抗压强度具有提升效果;各个龄期的尾砂胶结充填体试件的破坏形式均是以拉伸破坏为主,低养护龄期和高养护龄期的破坏形式存在差异;运用Weibull统计损伤理论建立的分层尾砂胶结充填体损伤本构模型与应力-应变曲线基本吻合。（3）使用回弹法的基本原理间接测量尾砂胶结充填体不同部位水泥的水化程度。结果表明同一个尾砂胶结充填体试件不同部位的水化程度不同,养护龄期越低区别越大;结合试验结果分析试件的破坏形式,从材料不均匀的角度解释了形成该破坏形式的原因;指数函数更适合尾砂胶结充填体的测强曲线;简单的函数模型可以很好的预测微分强度随硬度的变化情况,其中二次函数为最优模型。（4）对部分典型的尾砂胶结充填体试件以分级加载的试验方式进行单轴蠕变试验。接触面粗糙的分层尾砂胶结充填体每层之间胶结效果更好;以等时曲线法计算尾砂胶结充填体的长期强度,得出较为可靠的结果;尾砂胶结充填体蠕变破坏形式较为单一,均为拉伸破坏;由基本元件构成的Poyting-Thomson蠕变模型可以很好的预测尾砂胶结充填体的蠕变曲线。（5）应用ABAQUS数值模拟软件对部分尾砂胶结充填体试件的单轴压缩试验进行数值模拟分析。结果表明:分层和胶结面的质量均会对位移的分布产生影响;尾砂胶结充填体试件端部应力分布不均匀;尾砂胶结充填体试件的真实应变和塑性应变分量相近,且均为梯度分布;质量较差的胶结面会使上下两层应变分布不连贯。
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