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高固水充填材料承载特性及损伤机理研究

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变量注释表

1 绪论

1.1选题背景及研究意义

1.2.1 充填材料研究现状

1.2.2 高固水材料水化机理

1.2.3 高固水材料力学性能研究

1.2.4 高固水材料劣化机理研究

1.3研究内容与研究方法

1.4技术路线

2 高固水充填材料基本性能及硬化机理研究

2.1试验原材料及制备

2.1.1 高固水材料的组成

2.1.2 高固水材料的制备过程

2.2高固水充填材料基本性能

2.2.1 高固水材料的凝结时间

2.2.2 高固水材料流动性

2.2.3 高固水材料强度性能

2.2.4 高固水材料抗风化性能

2.3 高固水填充材料硬化机理

2.3.1 材料的化学构成分析

2.3.2 材料的水化反应机理研究

2.4本章小结

3 高固水充填材料承载性能研究

3.1高固水材料单轴压缩试验

3.1.1 单轴压缩实验概述

3.1.2 单轴压缩变形特性

3.1.3 单轴压缩强度特征

3.1.4 单轴压缩能量损耗特性

3.2高固水材料三轴压缩试验

3.2.1 三轴压缩变形特性

3.2.2 三轴压缩强度特性

3.2.3 残余强度表征模型的改进

3.3本章小结

4 载荷作用下高固水充填材料时效变形研究

4.1.1 蠕变实验方案

4.1.2 试验方法与步骤

4.2.1 实验内容

4.2.2 实验结果

4.2.3 基于Boltzmann叠加原理蠕变数据分析

4.3不同含水率下高固水材料分级加载蠕变性能研究

4.3.1 实验方案及实验结果

4.3.2 高固水材料蠕变特征

4.3.3 蠕变速率研究

4.3.4 长期强度的确定

4.3.5 瞬时曲线与蠕变应力应变曲线对比

4.4分级加载下高固水材料蠕变本构模型研究

4.4.1 非线性蠕变本构模型的选取

4.4.2 蠕变本构方程的建立

4.4.3 蠕变本构参数识别

4.5本章小结

5 高固水填充材料宏细观损伤机理研究

5.1高固水充填材料的宏观破坏特征分析

5.1.1 单轴压缩破坏特征

5.1.2 三轴压缩破坏特征

5.2 基于原生孔隙的宏观破坏机理研究

5.2.1 原生孔隙及其扩展分析

5.2.2 裂纹扩展破坏形式

5.2.3 基于原生孔隙的破坏机理分析

5.3高固水材料细观破坏研究

5.4本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

作者简历

学位论文原创性声明

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摘要

高固水充填材料作为近年来研发的新型充填材料,具有一系列普通充填料不具备的优点:早强、单浆流动性好、混合浆液凝结时间快、硬化体的体积应变小等。同时,高固水材料在三向受压状态下具有良好的抗压缩性,适用于井下高温、潮湿、封闭的采空区环境。本文采用模拟实验、原理推导、建立数值模型等方法,对高固水充填材料的基本力学性能、承载特性、变形稳定性与时间的关系及其在荷载作用下的失稳破坏机理等进行了系统的研究,主要取得以下研究成果: (1)结合高固水充填材料的制备过程,研究了其凝结时间、流动度、水化产物等基本力学性能,利用原材料的化学组成成分,结合高固水材料的水化产物,研究推导了高固水充填材料的硬化机理。 (2)利用对高固水充填材料的单轴承载实验,研究了高固水充填材料的变形特征,得到了其强度特征、变形特征随含水率变化的规律,通过三轴承载实验,研究了该材料的峰值强度、残余强度随围压变化的规律,并结合循环加卸载实验,从弹性能与耗散能的变化角度解释了高固水充填材料的破坏过程。 (3)利用原有模型对高固水充填材料残余强度变化规律进行拟合,并在H-B模型理论的基础上,提出利用粘聚力损失程度表征试样完整性,进而推导了一种适合表征延性破坏特征材料的H-B残余强度改进模型。 (4)通过分级加载的方式,研究了高固水充填材料在不同含水率条件下的蠕变特征及规律。针对不同应力水平下高固水充填材料的蠕变变形、瞬时变形等特征做出分析,分析了高固水充填材料在不同含水率条件下蠕变曲线的规律,并研究了该材料的蠕变速率、稳态蠕变速率、蠕变应变曲线的变化特征,提出了适合研究高固水充填材料长期强度的方法,并根据不同应力状态下材料的蠕变变形曲线,分别建立了相应的理论模型。 (5)在对高固水充填材料三轴承载实验破坏特征研究分析的基础上,根据试样破裂面角度随围压的变化特征,推导了高固水充填材料的宏观破坏方式。利用 SEM扫描电镜、CT扫描的方式,结合高固水充填材料试样的宏观破坏特征,从试样原生孔隙发育、细观结构构成的角度研究了高固水充填材料试样损伤破坏机理。

著录项

  • 作者

    李晓彤;

  • 作者单位

    中国矿业大学;

    中国矿业大学(江苏);

  • 授予单位 中国矿业大学;中国矿业大学(江苏);
  • 学科 工程力学
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 周跃进;
  • 年度 2019
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 建筑材料;
  • 关键词

    高固; 充填材料; 承载特性; 损伤;

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