一種充填體-巖柱系統(tǒng)力學(xué)作用機(jī)理試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及充填體-巖柱系統(tǒng)力學(xué)機(jī)理測試領(lǐng)域，具體涉及一種充填體-巖柱系統(tǒng) 力學(xué)作用機(jī)理試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 充填體充入井下空區(qū)后，與巖體或礦柱共同協(xié)調(diào)作用形成充填體-巖柱系統(tǒng)控制 空區(qū)礦巖變形，Blight等人分別采用不同的手段和方法對充填體支撐巖體的力學(xué)作用機(jī)理 進(jìn)行了力學(xué)試驗(yàn)研究，查劍峰等人為揭示煤矸石充填作用機(jī)理進(jìn)行了類似的試驗(yàn)研究。為 描述低剛度的充填體與礦柱的相互作用機(jī)理，Blight采用高約100mm，內(nèi)徑203mm的鋼桶，桶 內(nèi)中央位置放置圓柱形巖石試件，四周按試驗(yàn)要求充填砂子等不同的充填材料，進(jìn)行單軸 壓縮試驗(yàn)，分析研究有、無充填料包圍條件下的巖石強(qiáng)度以及不同充填材料包圍條件下巖 石強(qiáng)度的變化，如圖1所示，以此揭示充填體與巖體的相互作用機(jī)理。
[0003] 試驗(yàn)對有充填材料包圍狀態(tài)下的巖柱強(qiáng)度變化特性進(jìn)行了很好的揭示，對實(shí)驗(yàn)過 程中巖柱、充填體各自受力變化、同一時(shí)刻二者受力特征以及整個(gè)試驗(yàn)過程巖柱和充填體 承載規(guī)律未能給以系統(tǒng)的揭示。
[0004] 充填體在充填空區(qū)內(nèi)受四周圍巖的約束，同時(shí)起到支撐頂板，減小圍巖破壞變形， 減緩地表下沉的作用。對于充填體而言，一般情況下是以水泥為膠凝材料的多組分、多相復(fù) 合材料介質(zhì)，其宏觀力學(xué)性能與內(nèi)部自身細(xì)觀結(jié)構(gòu)有著十分密切的關(guān)系。因此對于充填體 與巖體的統(tǒng)一系統(tǒng)而言，如能測定充填體內(nèi)部以及巖石試件的加載變化關(guān)系，并將二者變 化規(guī)律與宏觀受力相結(jié)合進(jìn)行綜合分析，將能進(jìn)一步對充填體-巖體作用機(jī)理及承載規(guī)律 研究提供更為直觀的實(shí)驗(yàn)依據(jù)和理論支撐。
[0005] 充填料漿充入井下空區(qū)后，與巖體或礦柱共同協(xié)調(diào)作用形成充填體-巖柱系統(tǒng)控 制空區(qū)礦巖變形。充填體在充填空區(qū)內(nèi)受四周圍巖的約束，同時(shí)起到支撐頂板，減小圍巖破 壞變形，減緩地表下沉的作用。充填后空區(qū)的礦巖與充填體相互作用過程是一個(gè)十分復(fù)雜 的力學(xué)過程，研究充填體與巖柱相互作用機(jī)理有重要的意義。
[0006] 因此，如何提供一種試驗(yàn)方法，能夠測定在充填體-巖柱系統(tǒng)加載過程中充填體受 力特征、巖柱變形規(guī)律以及充填體-巖柱系統(tǒng)宏觀受力特征的相互關(guān)系，對研究充填體巖體 作用機(jī)理有著重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明旨在提供一種充填體-巖柱系統(tǒng)力學(xué)作用機(jī)理試驗(yàn)方法，該試驗(yàn)方法在充 填體包圍條件下巖柱加載過程中能系統(tǒng)地獲得充填體內(nèi)部變形破壞規(guī)律、巖柱破壞特性及 壓縮時(shí)間關(guān)系特性。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：
[0009] -種充填體-巖柱系統(tǒng)力學(xué)作用機(jī)理試驗(yàn)方法，包括如下步驟：
[0010] S1、巖柱試件制備：加工制備規(guī)格為050mm,高度100mm的灰?guī)r試件作為試驗(yàn)巖 (礦)柱的代用材料，進(jìn)行常規(guī)單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和充填體-巖柱系統(tǒng)有側(cè)限條件單軸加載 試驗(yàn)；
[0011] S2、自制彈性模塊的加工制備:根據(jù)根據(jù)試驗(yàn)要求按設(shè)計(jì)的濃度和灰砂比制備充 填料衆(zhòng)，在20mm X 10mm X 5mm的小型塑料模具內(nèi)加入充填料衆(zhòng)并刮平表面，在恒溫恒濕養(yǎng)護(hù) 箱內(nèi)按試驗(yàn)要求養(yǎng)護(hù)28天，制成作為粘貼應(yīng)變片的表內(nèi)介質(zhì)的自制彈性模塊；
[0012] S3、電阻應(yīng)變片的粘貼與防水、防潮處理:將電阻應(yīng)變片進(jìn)行電阻測試后，用棉花 棒蘸丙酮將自制彈性模塊欲貼片處清洗干凈，采用防水防潮的914膠將測試正常的電阻應(yīng) 變片按設(shè)定的方向粘貼在設(shè)計(jì)位置，然后用玻璃紙（或塑料袋)墊著用拇指壓住至少一分 鐘，壓緊前注意左右擠壓一會(huì)，以使氣泡逸出，待應(yīng)變片粘牢且914膠晾干后；
[0013] 蘸少許調(diào)好的914膠滴在應(yīng)變片附近，將導(dǎo)線線腳等可能漏電的地方都包裹住，以 防短路，30~40min后，待914膠不粘手時(shí)，在彈性模塊四周均勻地涂一薄層熔化好的防潮劑 涂液，涂層厚度小于0.5mm，將處理好的應(yīng)變片試件靜置一天以上時(shí)間即可埋置使用，埋置 前須進(jìn)行電阻測試；
[0014] S4、巖柱試件應(yīng)變片粘貼與防水處理:巖柱表面應(yīng)變片沿軸向和垂直軸向粘貼2 組，共4片，用于常規(guī)單軸壓縮試驗(yàn)的巖柱試件，其表面應(yīng)變片用502膠粘貼，不做防水處理； 用于充填體-巖柱系統(tǒng)有側(cè)限條件壓縮試驗(yàn)的巖柱試件，其應(yīng)變片需要進(jìn)行防水處理，其粘 貼方法、防潮處理措施與步驟S3相同；
[0015] S5、將處理好的巖柱試件置于方形側(cè)限鋼板模具中間位置，將按設(shè)計(jì)制備好的充 填料漿充入鋼板模具中，并將提前處理好的與充填料漿配比相配套的電阻應(yīng)變片模塊按照 實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)的方向和位置埋入充填體內(nèi)，待充填料漿充滿鋼板模具后，刮平表面，并將應(yīng) 變片連接的導(dǎo)線按要求引領(lǐng)好，并作以標(biāo)記，最后將制好試件放入恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)28 天；
[0016] S6、充填體-巖柱系統(tǒng)試件按設(shè)計(jì)齡期進(jìn)行養(yǎng)護(hù)后，由養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)取出，按試驗(yàn)要求 將內(nèi)埋應(yīng)變片引出導(dǎo)線與應(yīng)變儀連接，連接前須再次檢測電阻值，以確保試驗(yàn)順利進(jìn)行；
[0017] S7、試驗(yàn)系統(tǒng)連接完成后，檢查連接線路，按試驗(yàn)要求在WAW2000型液壓伺服萬能 試驗(yàn)機(jī)上分組進(jìn)行有側(cè)限條件下單軸壓縮加載試驗(yàn)。
[0018] 其中，所述防潮劑由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的原料制備所得：白蠟50~60%，凡士林30~ 20%，甘油10~15%，純松香10~5%。
[0019] 其中，試驗(yàn)采用HDYJ33A靜態(tài)電阻應(yīng)變儀和HDYZ22型轉(zhuǎn)換箱監(jiān)測試驗(yàn)過程中試件 系統(tǒng)的應(yīng)變變化。
[0020] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0021] 對前期試驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，系統(tǒng)的揭示膠結(jié)充填體包圍條件下巖柱強(qiáng)度變化特征規(guī) 律的同時(shí)，對充填體內(nèi)部變形破壞規(guī)律、巖柱破壞特性以及壓縮時(shí)間關(guān)系特性進(jìn)行系統(tǒng)的 試驗(yàn)分析。
【附圖說明】
[0022] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中Blight充填體作用機(jī)理鋼桶試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?br>[0023]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中Y-2號(hào)試件單軸抗壓強(qiáng)度應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。
[0024]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中充填體-巖柱系統(tǒng)有側(cè)限單軸加載試驗(yàn)力-位移關(guān)系曲線；
[0025] 圖中，（a)充填體灰砂比1:6，濃度65% ; (b)充填體灰砂比1:6，濃度75% ; (c)充填 體灰砂比1:10，濃度65% ; (d)充填體灰砂比1:10，濃度75%。
[0026] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例中（灰砂比1:6、濃度75%)巖柱軸向應(yīng)變過程曲線。
[0027]圖5為本發(fā)明實(shí)施例(灰砂比1:6、濃度75 % )充填體軸向應(yīng)變過程曲線。
[0028]圖6為本發(fā)明實(shí)施例所使用的充填體巖體系統(tǒng)作用機(jī)理試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?br>【具體實(shí)施方式】
[0029]為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步 詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā) 明。
[0030] 本發(fā)明實(shí)施例所使用的充填體巖體系統(tǒng)作用機(jī)理試驗(yàn)?zāi)Ｐ腿鐖D6所示，加載模型 材料為45#鋼，側(cè)面由4塊鋼板組合而成，下面加裝固定底座，鋼板相互鉸合并用螺栓連接， 45 #鋼彈性模量2lOGPa，泊松比0.23。模型內(nèi)腔空間尺寸為（長X寬X高）200mm X 200mm X 100mm。模型在滿足試驗(yàn)要求的基礎(chǔ)上，由圓筒改為正方形組合式便于試驗(yàn)完成后試件的卸 料工作，同時(shí)易于對加載后試件的分析觀察，提高了實(shí)驗(yàn)便捷度和實(shí)驗(yàn)效率。在模型頂部加 裝厚度為8mm的45 #鋼方形墊板，保證實(shí)驗(yàn)過程中均勻受載，模型四周側(cè)面鋼板內(nèi)部打磨光 滑，以減小摩擦，降低實(shí)驗(yàn)誤差。
[0031] 實(shí)施例
[0032] S1、巖柱試件制備:按照表1所示的灰砂配比加工制備規(guī)格為05 Omm,高度100mm的 灰?guī)r試件作為試驗(yàn)巖(礦)柱的代用材料，進(jìn)行常規(guī)單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和充填體-巖柱系統(tǒng) 有側(cè)限條件單軸加載試驗(yàn);此次試驗(yàn)共制取巖石試件20件，一次標(biāo)號(hào)Υ-1、Υ_2.......Υ-20。
[0033] 表1充填體-巖柱系統(tǒng)試驗(yàn)分組情況表
[0034]
[0035] S2、自制彈性模塊的加工制備：按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的充填料漿濃度和灰砂配比制備料 衆(zhòng)，在20_ X 10_ X 5mm的小型塑料模具內(nèi)加入充填料衆(zhòng)并刮平表面，在恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱內(nèi) 按試驗(yàn)要求養(yǎng)護(hù)28天，得作為粘貼應(yīng)變片的表內(nèi)介質(zhì)的自制彈性模塊；
[0036] S3、電阻應(yīng)變片的粘貼與防水、防潮處理:將電阻應(yīng)變片進(jìn)行電阻測試后，用棉花 棒蘸丙酮將自制彈性模塊欲貼片處清洗干凈，采用防水防潮的914膠將測試正常的電阻應(yīng) 變片按設(shè)定的方向粘貼在設(shè)計(jì)位置，然后用玻璃紙（或塑料袋)墊著用拇指壓住至少一分 鐘，壓緊前注意左右擠壓一會(huì)，以使氣泡逸出，待應(yīng)變片粘牢且914膠晾干后；
[0037]蘸少許調(diào)好的914膠滴在應(yīng)變片附近，將導(dǎo)線線腳等可能漏電的地方都包裹住，以 防短路，30~40min后，待914膠不粘手時(shí)，在彈性模塊四周均勻地涂一薄層熔化好的防潮劑 涂液，涂層厚度小于0.5mm，將處理好的應(yīng)變片試件靜置一天以上時(shí)間即可埋置使用，埋置 前須進(jìn)行電阻測試；
[0038] S4、巖柱試件應(yīng)變片粘貼與防水處理:巖柱表面應(yīng)變片沿軸向和垂直軸向粘貼2 組，共4片，用于常規(guī)單軸壓縮試驗(yàn)的巖柱試件，其表面應(yīng)變片用502膠粘貼，不做防水處理； 用于充填體-巖柱系統(tǒng)有側(cè)限條件壓縮試驗(yàn)的巖柱試件，其應(yīng)變片需要