全尾砂-废石混合回填膏体流动特性变化规律

质量浓度、废石掺量是影响尾砂-废石混合回填体流动特性的主要因素,研究这些因素对膏体流动性的影响规律,对于控制膏体流动性具有重要意义。采用改进的小型直剪装置进行混合回填体直剪试验,以黏聚力、内摩擦角、抗剪强度为依据,综合得出了混合回填膏体流动性变化规律。试验结果表明,膏体在受力变形前期呈较为明显的似弹性性质,随废石掺量增加,位移-剪应力曲线中阶梯状变化趋势增加;回填体黏聚力取决于质量浓度,内摩擦角受质量浓度和废石掺量影响程度基本相同,两者协同作用;质量浓度在80%～88%范围时,黏聚力随质量浓度增大呈非线性增大,内摩擦角与质量浓度呈S型变化趋势;抗剪强度随质量浓度的增大而增加,在82%～84%区间抗剪强度变化显著,流动性出现突变。     

土石混合体渗透性现场试坑试验研究

针对唐钢司家营铁矿Ⅲ采场露天转井下开采回填废石设计研究工程要求,在该矿区Ⅲ采场附近进行了大尺度现场渗透试验。开挖3个大尺寸试坑,在各试坑中分层回填不同粒径范围及厚度的废石（土）进行试坑注水试验;测定回填土石混合体的近似渗透系数,测试土石混合体的粒径组成,并计算出各坑土石混合体的平均粒径和非均匀度。试验研究发现,回填土石混合体的渗透系数分别随平均粒径与非均匀度的增大而增大。降低回填废石（土）的平均粒径和非均匀度可以有效降低回填废石层的渗透性。     

细颗粒对钙质砂渗透性的影响试验研究

钙质砂地基的渗透性是影响人工灰沙岛地下淡水形成的重要因素,而细颗粒的含量及其赋存状态对渗透性有重要的影响,为此开展了不同细颗粒含量的钙质砂渗透性试验研究。选用南海某岛的钙质砂,基于不同细粒配比的钙质砂样常水头渗透试验,分析细颗粒对钙质砂地层渗透性的影响。试验结果显示,促使钙质砂渗透性发生明显变化的粒级为≤0.075mm范围。当最小粒径≤0.075mm时,钙质砂的渗透系数量级为10^-2cm/s,呈中透水性。当最小粒径介于0.075~0.500mm时,渗透系数量级为10^-1cm/s,呈高透水性。钙质砂最终稳定渗透系数与细粒含量之间表现出不同的规律:(1)当细颗粒含量小于9%时,渗透系数随细粒含量的增加而缓慢减小;(2)当细颗粒含量在9%~24%时,渗透性随细粒含量的增加而迅速减小;(3)当细颗粒含量大于24%时,渗透性随细粒含量的增加变化不大。影响渗透系数的细粒含量存在着由试样骨架形成的孔隙决定的,反映孔隙最佳充填时的细粒含量界限值,充填不佳或过量细粒均可能在渗透作用下发生细粒运移流失。     

基于X-Ray CT试验的塌陷区回填体孔隙结构研究

为了研究地表塌陷区回填体破坏过程中的孔隙结构演化规律,利用医用X-Ray CT及小型加载装置开展了废石/尾砂混合回填体实时单轴压缩扫描试验,重构了不同应力状态下回填体的多组分结构模型。试验结果表明:随应力值增大,回填体孔隙率增加,应力超过峰值应力80%后,孔隙率陡增,孔隙主要以X型共轭面分布;回填体孔隙率随含石量增加而增大;回填体细观结构演化过程可划分孔洞持续压密、孔洞先压密后扩容、孔洞持续扩容、相邻微裂隙的贯通、不均质区的孔隙扩展6种模式;回填体在峰值应力80%以前,CT数、孔隙率变化幅度小,回填体中并未出现显著的贯穿性裂缝,主要以原生孔隙的压缩与扩容、次生孔隙的萌生与扩展两种状态为主;应力超过峰值应力80%后,CT数急剧降低,孔隙率陡增,回填体中的原生、次生孔隙结构逐渐贯通,形成贯穿性裂缝,回填体破坏。     

不同粒径级砂土渗透特性试验研究

渗透性是砂土的重要工程性质之一,影响砂土渗透性的因素有很多,比如土体密实程度、土颗粒自身特性、流体性质等,其中孔隙率与颗粒粒径是两个重要影响因素。而以往基于混合粒径的天然砂土的研究很难分别对这两个因素进行独立的研究。基于此,首先开展了单一粒径级砂土的常水头渗透试验,分别研究了同一粒径级砂土渗透系数随孔隙率的变化和同一孔隙率下不同粒径级砂土渗透系数随均值粒径的变化规律。试验结果显示,渗透系数随着孔隙率的增加而线性增加、随均值粒径二次方的增加而线性增加,其中均值粒径的影响较大,其变化能导致渗透系数量级上的差异。在此基础上,开展了多粒径混合砂土的渗透试验,讨论了曲率系数、不均匀系数等级配参数对渗透性的影响,从而将单一粒径级的研究成果推广到天然砂土,最终拟合出渗透系数与相关影响因素的经验公式,以便工程实践参考使用。     

采矿废渣颗粒粒径对矿渣型泥石流起动的控制作用——以小秦岭金矿区为例

泥石流物源的颗粒级配大小对于泥石流的起动具有重要的控制作用,亦是泥石流防治工程设计的重要参数。采矿废石渣构成的矿渣型泥石流,物源特性不同于一般的泥石流。通过对小秦岭金矿区采矿废石渣、尾矿沙、残坡积土的颗粒级配、孔隙度、透水性能的研究,与其他地区泥石流物源级配进行了差异对比,探讨了采矿废渣颗粒级配对泥石流起动的制约影响。研究表明,采矿废石渣松散无联结,粒径变化于0.075~470mm之间,其中大于2mm的砾级含量占总渣量的93.33%,平均粒径为61.2mm,以卵石级为主,粘粒物质几乎没有。粒径小于5mm的废石渣的渗透系数是选矿尾矿渣的103.5陪、残坡积土的2倍、蒋家沟泥石流物源的4.9倍,实际上采矿废石渣堆的渗透系数比试验测试的数据更大。废石渣的松散无联接、高孔隙率及极高渗透性的特点,决定了常遇降水难以导致废石渣堆起动。结合研究区历史上发生的泥石流,构建了堵溃型矿渣型泥石流起动模式,据此提出了清理占据行洪通道的废渣、疏浚行洪通道、修建拦渣挡墙的泥石流防治理念,避免拦沟修筑重力坝。     

泥石流堆积物中细颗粒含量与渗透系数关系试验研究

泥石流拦砂坝通常建造在沟床堆积物上。泥石流堆积物的渗透性是影响坝底扬压力的关键因素。目前关于土体渗透性的研究主要集中于无黏性粗粒土,对泥石流堆积物这种宽级配土体渗透性的研究比较缺乏。选择北川县泥石流沟床堆积物作为试验材料,通过渗透试验,确定了影响宽级配土渗透性的细颗粒上限粒径;在此基础上,通过试验研究了细颗粒含量与渗透系数的关系。结果表明,泥石流堆积物中粗颗粒仅起骨架作用,细颗粒才是决定其渗透性能的关键;显著影响宽级配土渗透性的细颗粒上限粒径为0.1 mm;细颗粒（<0.1 mm）含量与渗透系数呈负指数关系,并且当细颗粒含量超过20%以后,泥石流堆积土的渗透性趋于稳定。     

细粒含量对尾矿工程性质影响分析

由长期工程实践和试验研究可知,尾矿的工程性质除与尾矿的矿石成分、筑坝方式以及矿浆的沉积特性有关外,重要的是与尾矿的颗粒粒度组成有关。为了分析上游式尾矿库尾矿经排放、沉积、分选等作用下颗粒组成的变化特征及其对尾矿工程性质的影响规律,通过对上游式尾矿库沉积滩面不同距离处尾矿进行颗粒级配分析、力学性质和渗透性质试验,重点分析了细颗粒含量（颗粒直径小于0.075 mm）对尾矿工程性质的影响规律。研究表明,随着距离上游式尾矿库滩顶长度的增大,尾矿颗粒组成中的细粒含量逐渐增多,颗粒级配情况由一般到良好再到一般,孔隙比也呈现出随之先减小后增大的变化趋势。受原尾矿颗粒组成的影响,尾矿黏聚力随细粒含量的增加呈逐渐增大,而内摩擦角相对变化较小,其渗透系数受细颗粒含量影响较大,随含量增大迅速减小。     

盐分影响重塑黄土渗透性的微观机制试验研究

“治沟造地”修建水库,导致土地盐渍化,而盐渍土的渗透性是影响工程设计、施工安全的重要因素,因此阐明不同盐分含量及类型条件下的重塑黄土渗透性至关重要。通过制备不同盐分含量的钠、钙盐重塑黄土试样,开展一系列室内变水头饱和渗透试验,探析重塑黄土渗透系数随盐分含量的变化规律。结果表明：随盐分含量增加,重塑黄土饱和渗透系数逐渐减小,两者呈负指数相关,含盐重塑黄土渗透系数与不含盐重塑黄土相比均有不同程度减小;同一盐分含量条件下,钙盐黄土的渗透系数小于钠盐黄土的渗透系数。采用核磁共振（nuclear magnetic resonance,NMR）技术,测取重塑黄土的孔隙水赋存状态与孔隙结构随盐分含量与类型的变化;当盐分含量小于2%时,随盐分含量增加,孔隙水赋存状态与孔隙结构的变化使重塑黄土渗透系数迅速减小;当盐分含量大于2%时,随盐分含量增加,孔隙水赋存状态变化使重塑黄土渗透性增加,而孔隙结构变化使重塑黄土渗透性减小且对渗透性的影响占主导,因此重塑黄土的渗透系数缓慢减小;同一盐分含量条件下,钙盐重塑黄土的孔隙水赋存状态和孔隙结构的变化比钠盐重塑黄土更显著。     

吹填人工岛地基钙质粉土夹层的渗透特性研究

南海吹填钙质土地基中含有多层粒径小于0.075 mm的细颗粒钙质粉土夹层,这些粉土夹层的渗透性对人工岛地下淡水的形成具有重要影响。通过室内变水头试验研究了钙质粉土渗透系数与干密度、初始含水率之间的相关性,论证了Samarasinghe与Mesri公式在计算钙质粉土渗透系数上的可靠性;通过静态氮吸附试验对渗透试验前、后钙质粉土的孔径变化特征进行了分析。研究结果表明:钙质粉土的渗透系数在初始含水率相同时随着干密度的增大而减小,在干密度相同时随着初始含水率的增大而增大,且在饱和时渗透系数达到最大;Samarasinghe与Mesri公式对钙质粉土渗透系数的计算具有较高精度;钙质粉土为大孔材料,渗流作用下使更多的微孔和介孔转变为大孔,孔隙类型以一端开口的均匀圆筒形孔为主。研究成果可为南海的人工吹填岛地下水渗流场的计算分析提供科学依据。     

对混合土液塑限试验的讨论

土的液塑限试验是土工试验常见试验之一。含有一定数量粗粒组的混合土,用0.5 mm以下粒径范围的土作液塑限试验,得到的液塑限偏低,由此土的分类定名不符合实际。建议用0.075 mm以下粒径范围的土做液塑限试验。     

Bearing Capacity of Backfill Body and Roof Stability During Strip Coal Pillar Extracted with Paste Backfill

2351 working face with paste backfill method of Daizhuang coal mine in eastern China is selected as engineering background, bearing characteristics of backfill body and supporting intensity of hydraulic support during coal pillar mining with paste backfill are researched. Researches show that: Even if the confining pressure is only 1 Mpa, the paste backfill material shows typical plasticity hardening. The overlying strata of working face with paste backfill method include fractured zone, continuous deformation zone, don’t include caved zone. The distribution of vertical stress above the backfill body is not a horizontal line nor presents saddle-shaped, but presents a wave distribution. The stress above backfill body does not appear abrupt change but tends to be increasing at first and stable at last. The mechanical model of roof stability during coal pillar mining with paste backfill is built, and the mechanics related formula of supporting intensity is also concluded. The hydraulic supports used in 2351 working face can control the roof subsidence effectively, but the efficiency of hydraulic supports is lower, which should be optimized properly.     

川西红层软岩崩解演变特征与微观响应机理试验研究

红层软岩透水性弱、亲水性强,受含水量和水热(温度和降雨)变化影响极易发生软化崩解,给红层软岩地区工程建设和地质环境带来挑战。为研究不同含水量和多种水热试验工况下红层软岩的崩解特征和微观机理,以川西金堂县和中江县两处开挖红层软岩边坡工程为依托,利用自制降雨装置和温控设备,开展不同梯度初始含水量红层软岩在多种水热试验工况下的循环崩解试验。从红层软岩宏观形貌演变、微观结构及矿物组成、崩解系数、R值(崩解质量损失率)和崩解后颗粒分析5个方面对红层软岩崩解情况进行了研究,试验结果表明:红层软岩宏观形貌演变特征与微观结构变化及矿物差异存在一定的对应关系;黏土矿物的含量是红层软岩发生崩解的主要内因且与崩解呈正相关关系;崩解程度与初始含水量及水热效应联系密切;两处红层软岩R最小/大值差距明显,分别为0.22%、0.05%和1.63%、2.17%;粒径分布对红层软岩的崩解程度具有较好的评价作用,崩解越强烈,大颗粒越少,小颗粒越多,小颗粒更集中于0.075~0.5 mm之间。崩解系数、R值和最终粒径分布曲线可以很好地结合起来对红层软岩的崩解进行量化分析,并与微观结构及矿物差异相联系解释红层软岩的崩解演变特征。研究成果可为金堂、中江及其他红层软岩地区的工程建设和地质评价提供一定参考。     

盐腔内回填碱渣沉降固结特性室内试验研究

碱渣回填到充满卤水的废弃盐腔后,颗粒会自由沉降到盐腔底部形成沉积层,进而在自重作用下固结。为了解盐腔内回填碱渣的沉降固结特性,以江苏淮安地区碱渣为对象,进行了沉降柱试验和固结试验。试验结果表明:(1)碱渣在卤水中的沉降过程可以分为3个阶段:絮凝阶段、沉降阶段和固结阶段。初始浓度对碱渣的沉降曲线和沉降速率有很大的影响。(2)碱渣颗粒分布、密度、含水率和孔隙比均呈现出分层特性,颗粒粒径、密度随深度的增加而增大,含水率、孔隙比随深度的增大而减小。(3)碱渣具有很高的压缩性,压缩系数a1-2为3.36 MPa-1。在压力范围小于100 kPa下,固结系数随固结压力的增加而显著减小。试验结果对了解盐腔内回填碱渣的沉降固结特性提供了参考,有利于指导回填施工工艺和碱渣的后期处理。     

Relevance of SEM to Long-Term Mechanical Properties of Cemented Paste Backfill

This paper is an attempt to relate the microstructure to long-term mechanical properties of the cemented paste backfill produced from a hard rock mine tailing from North Queensland in Australia bound with flyash-based geopolymer (geopolymer), flyash-blended cement (FBC), and general purpose cement (GPC). A relatively high slump (260 mm) paste backfill mix with 74 wt% solids has been used to prepare cylindrical paste backfill samples with a diameter of 50 mm and a height of 100 mm. The uniaxial compressive strength tests were conducted on all samples after curing for 112 days to obtain their strength, failure strain and Young’s modulus. Fractured samples were examined under scanning electron microscope to understand the failure mechanisms at the microstructural scale. The results show that binders significantly affected the mechanical properties of paste backfills (ANOVA, p < 0.05). The paste backfill bound with geopolymer gave the lowest strength and Young’s modulus, while the paste backfills bounded with FBC and GPC showed comparable higher strength and modulus values. This was attributed to the relatively well-packed paste backfills with less cracks and smaller pore sizes in these paste backfills bound with FBC and GPC binders. In particular, needle-shaped particles, which were originally identified in GPC, highly influenced the mechanical property of paste backfills. These results indicate that fly ash can be used to partially replace the cement as a binder for paste backfills to achieve economic and environmental benefits.     

Experimental study on excavating strip coal pillars using caving zone backfill technology

Strip mining was the major method to control surface subsidence when mining under buildings in China; however, its coal recovery ratio was only 30 to 50%, resulting in a large amount of coal resource waste due to the retained strip coal pillars. As such, it is of important significance to recover the retained pillars while guarantee the safety of the buildings at surface. In order to address this issue, excavating strip coal pillars using caving zone backfill technology was proposed in this study. The process of this technology was to grouting backfill the original strip caving zones using high-water content material at first, creating a combined backfill body of caved gangue and high-water content material, the backfill body acted as the temporary support. Then the retained pillars were excavated and the newly produced caving zones were backfilled with one interval, which effectively prevented the movement and deformation of the strata. The backfilling system and technology were designed and trailed to excavate the retained pillars at mining area 911 in Bucun colliery. It was found that the backfilling rate reached 96.8 to 98.7% in the original caving zones, the backfilling body in caving zones was highly compacted, and the maximum surface subsidence was only increased to 67 mm with no growth in the failure depth of floor. The retained coal pillars in three of the mining areas were safely excavated and the safety of buildings on the ground was preserved.