炭质页岩的颗粒破碎及其路用性能试验研究

为综合评估炭质页岩的路用性能,充分认识炭质页岩的颗粒破碎行为,测试了炭质页岩块在循环压实过程中各粒组含量的演化规律,结合室内击实试验阐述了颗粒破碎对炭质页岩击实性能的影响,确定了最佳填筑级配,并依据最佳级配进行三轴湿化变形试验,从颗粒破碎角度分析了炭质页岩填料湿化变形的变化规律,最后对炭质页岩现场填筑效果进行了验证。结果表明：炭质页岩压实过程经历结构调整、颗粒破碎、压缩变形3个阶段,形成的相对稳定级配结构为其用作路堤填料提供了基础;填料最大干密度形成机制受颗粒破碎过程中粒径为20～40 mm与粒径小于2 mm颗粒含量变化的影响较大,随粗料含量增加,试样相对破碎率线性增大,最大干密度呈先增大后减小变化,最优粗料含量约为70%;湿化变形是混合料颗粒破碎的外在表现,浸水湿化后混合料强度降低约40%,可采用相对破碎率 B_r 预估混合料遇水产生的湿化变形量,并建立了相对破碎率与围压、应力水平间的数学关系式;现场填筑过程中路堤压实度检测与沉降观测表明,炭质页岩路堤的最佳铺松厚度约为40 cm。     

粗粒土压实特性及颗粒破碎分形特征试验研究

对多个级配不同含水率的粗粒土进行击实试验,研究粗粒土的压实特性和颗粒破碎分形特征。结果表明,粗粒土最大干密度随级配中粗粒含量的增大而增大,当粗粒含量P5=70%时,最大干密度出现最大值;当P5＞70%时,最大干密度又随粗粒含量的增大而减小,粗粒土击实破碎后的粒径分布具有良好的分形特性,破碎分形维数为2.279 0～2.892 2,均大于击实前粗粒土粒度分形维数;相同级配条件下,粗粒土破碎分形维数随含水率的增大而增大,且粗粒含量P5＞50%时,增幅显著;粗粒土破碎分形维数D与破碎率Bg存在良好的线性关系,且击实前后粗粒土粒度分形维数差值能客观表征颗粒破碎的程度;粗粒含量和含水率是影响颗粒破碎率的两个重要因素,但相对于含水率而言,粗粒含量对破碎率的影响更加显著。     

颗粒破碎对钙质砂的应力-应变及强度影响研究

压力作用下颗粒发生破碎是引起砂土力学特性变化的重要因素之一, 对于钙质砂这种易破碎的材料更是如此。为进一步弄清颗粒破碎对钙质砂的应力-应变强度影响, 本文对钙质砂进行三轴固结排水剪切试验得到应力-应变曲线, 并筛分得到三轴试验前后钙质砂颗分曲线。通过引入Hardin定义的颗粒相对破碎率Br, 分析了相对密度、围压与颗粒破碎的关系及颗粒破碎对钙质砂应力-应变和抗剪强度的影响。结果表明:随围压的增大颗粒破碎增量逐渐减小, 直到破碎达到一个上限值, 此时围压和相对密度对颗粒破碎影响很小; 颗粒间的滑动标志着应力达到极限状态, 而颗粒破碎会阻碍应力达到极限状态, 在本实验中, 低围压时颗粒破碎少, 颗粒相对运动形式为滑移, 使应力-应变曲线为软化型, 高围压下颗粒破碎严重, 颗粒破碎在剪切过程中始终发生, 使应力-应变曲线呈应变硬化型; 颗粒破碎使体变从剪胀逐渐发展到剪缩, 且破碎越严重剪缩越严重; 在低围压下钙质砂强度主要由剪胀和咬合提供, 高围压下颗粒破碎严重, 剪胀消失, 咬合减小, 使峰值摩擦角减小, 抗剪强度降低。     

破碎煤体渗透特性的试验研究

破碎煤体的渗透特性是影响煤矿瓦斯抽放和地下采空区突水灾害预防的重要因素之一。利用一种专用的破碎岩体压实渗透试验装置,在MTS815.02岩石力学伺服试验系统上完成了破碎煤体压实过程中的渗透特性测定,得到了破碎煤体轴向应力、渗透压差、水头梯度与渗流速度的关系,并分析了各种粒径破碎煤体在不同渗透速度下轴向应力对渗透系数的影响。研究表明,(1) 不同粒径破碎煤体的渗透特性与其压实状态密切相关,轴压从5～15 MPa变化时,渗透压差的最大值增加了3.28～166.47倍,渗透系数都相应降低了1个量级以上;(2) 在恒定的渗流速度下渗透压差随轴压变化的规律近似呈指数函数关系;(3) 渗透系数随轴压变化的规律近似呈对数函数关系;(4) 恒定的轴压下水头梯度随渗流速度变化的规律近似呈指数函数关系。     

冲击荷载引起的颗粒破碎对钙质砂液化特性的影响

钙质砂具有孔隙率高、强度低、易破碎的特点。同时,钙质砂在波浪和地震等振动荷载的作用下,也具有发生液化的可能性。为探究钙质砂颗粒破碎与抗液化强度的关系,对南海永兴岛的钙质砂开展了三轴试验研究工作。首先,利用小型手动冲击装置对钙质砂进行破碎处理,获取了不同相对破碎率(Br)的试样,然后利用多功能动三轴仪分别对原始试样和不同破碎程度的试样进行了液化试验。结果表明：在相同围压和密实度条件下,钙质砂的抗液化强度(CRR)随着Br的增大而降低,但降低速率会随着Br的增大而减小。另一方面,相对密实度的增大会削弱颗粒破碎对钙质砂抗液化能力的影响。最后,为了定量评价颗粒破碎对钙质砂抗液化强度的影响,建立了Br-CRR的数学关系。     

钙质砂颗粒破碎对临界状态影响的试验研究

钙质砂的颗粒易碎性是造成其变形和强度特性不同于石英砂的重要性质。本文基于临界状态理论,通过一系列试验定量地描述钙质砂临界状态线随颗粒破碎的演化规律。本文试验分两个阶段进行:第1阶段研究了60~2000 kPa围压条件下钙质砂的力学特性和颗粒破碎特征;第2阶段以不同破碎率的试样为母本重塑制样,在100~300 kPa围压条件下,剪切至破碎临界状态线。试验结果表明:在较小围压(<300 kPa)条件下,松砂和密砂均表现出明显的剪胀和应变软化特性;而高围压(>1 MPa)条件下,显著的颗粒破碎会造成试样的持续剪缩;颗粒破碎存在明显围压阈值,对于松砂而言,在围压小于300 kPa条件下,颗粒基本不发生破碎;在e-lg p'平面内,破碎临界状态线的截距Δe_Γ和斜率λ_c均会随着修正相对破碎率B_r*的增大而减小,即颗粒破碎会使临界状态线发生下移和逆时针转动;而在q-p'平面内,钙质砂的临界状态点落在同一条直线上,即存在唯一的临界状态应力比M_cr和临界摩擦角φ_cr。     

颗粒破碎对钙质土力学特性的影响

南中国海广泛分布着生物碎屑成因的钙质土.本文以相对破碎Br为颗粒破碎的评价指标,分析了在三轴试验条件下,颗粒破碎对钙质土最大有效主应力比((σ′1/σ′3)max )、最大有效八面体应力比(( q/p＇)max)、八面体剪应变(εs)和抗剪强度指标(φˊ)的影响.     

颗粒破碎对钙质砂的应力-应变及强度影响研究

为了探究加筋对钙质砂力学性质及颗粒破碎的影响,使用大型三轴仪对加筋钙质砂和素钙质砂进行了一系列不同加筋层数、加筋材料种类及围压的三轴固结排水试验。研究方法如下：首先通过三轴试验及筛分试验,得到了不同试验条件下钙质砂的主应力差-轴向应变曲线、体应变-轴向应变曲线以及试验后的级配曲线;其次通过试验结果,分析了加筋对钙质砂强度、变形及颗粒破碎的影响;最后通过将钙质砂颗粒破碎与输入能量相关联,得到了钙质砂颗粒破碎的规律。研究结果表明：加筋钙质砂强度明显高于素钙质砂,且加筋效果随加筋层数与筋材2%延伸率割线刚度的增加而增加,但随围压的增加而减少。加筋同时也可以有效抑制钙质砂的剪胀,且加筋层数越多抑制效果越明显。另外,试验结果也表明钙质砂颗粒破碎程度与输入能量之间存在特定的关系,输入能量越大颗粒破碎程度越大,且这种关系与钙质砂加筋与否关系不大。     

剪切作用下钙质砂颗粒破碎试验研究

钙质砂是一种海洋沉积物,与陆源砂比起来,钙质砂受力后易产生颗粒破碎,从而使其力学性质发生变化。对取自南沙群岛永暑礁附近海域的钙质砂进行了不同围压、不同应变下的三轴剪切试验,对试验前后的试样进行了颗粒大小分析试验。试验结果表明,钙质砂在三轴剪切作用下颗粒破碎十分严重,同时用Hardin模型对其破碎进行了度量,并就围压、剪切应变与破碎之间的关系进行了分析。     

煤矸石回填地基的环境效应研究

为了弄清楚煤矸石回填地基对复垦区的环境效应,以开滦矿区吕家坨复垦新村为例,介绍了地基回填煤矸石工艺,分析了煤矸石化学成分及其含量;采用室内淋溶实验,对pH、总硬度（CaCO3）、F^-、SO4^2-、Pb、Cd和Cr^6＋浓度等地下水环境质量指标进行分析,探讨了煤矸石回填地基对水环境的影响;讨论了煤矸石回填地基对大气质量的影响;参照《城市放射性废物管理办法》规定,评价了回填地基煤矸石的放射性对人体健康的危害。结果表明：通过现场振动压实试验确定了回填地基分层充填、分层振动压实参数及碾压趟数,确定按照煤矸石与土体积之比5：2进行回填,若回填一层厚500mm煤矸石,则要回填一层厚200mm粉煤灰或土,地表覆土厚度确定为0．5m;煤矸石中SiO2和Al2O3含量较高,属基性岩类,同时煤矸石含有炭、铝和CaO等物质,易发生水解和风化等现象;地基分层回填压实的复垦工艺减少了煤矸石中有害物质的释放量,降低了污染物的迁移速度,不会对水环境造成污染;地基回填煤矸石也显著减少粉尘和有害气体的排放量,降低对大气的污染;研究区煤矸石不属于放射性废物,不会影响人体健康,可作为建筑材料使用。     

高煤级煤基质力学效应与煤储层渗透率耦合关系分析

基于吸附膨胀物理模拟实验，揭示了瘦煤至无烟煤阶段煤基质的自调节特征，分别探讨了煤层气排采过程煤基质收缩和有效应力变化对煤储层渗透率的影响，构建了有效应力、煤基质收缩与煤储层渗透率之间耦合的数学模型，揭示出高煤级煤储层渗透率在煤层气排采过程中的递减变化规律，并讨论了这一发现的地质意义。     

煤矸石堆积体稳定性及灾害防治对策研究

在对矸石堆积体地质条件、结构特征和已有变形特征分析的基础上,分析了堆积体产生变形的机理和潜在破坏模式,并利用数值模拟技术对矸石堆积体的变形特征和破坏规律进行模拟,确定潜在滑动面位置和形态,分析各种工况下矸石堆积体的稳定性,确定相应的防治措施,并提出了防治矸石灾害的对策。实例研究表明,在强降雨的条件下矸石堆积体沿基覆界面滑动的可能性较大,同时在堆积体的后缘存在局部失稳的可能,采用削方压脚、排水及挡墙等综合治理方法可取得良好的防治效果。     

Research on Potential Fertilization of Coal Gangue in the Weibei Coalfield, China

Based on the systematic analysis of the coal gangue in Weibei Coalfield, such as petrologic characteristics, chemical composition, nutrient elements, deleterious elements, and the transformation, and compared with the soil element content background values of Loess Plateau and national harmful materials controlling standards, we conclude that the coal gangue in the Weibei Coalfield has huge potential to be used as clay fertilizer.     

贵州六盘水市煤矸石综合利用现状及对策

六盘水市煤炭资源在贵州省煤炭资源中占有重要地位,煤炭资源开发是该市最重要的支柱产业,其煤矸石排放量和煤矸石堆放量均是全省最多的地区之一。本次工作对六盘水市煤矸石综合利用现状进行了调查,发现该市在煤矸石综合利用方面存在利用率较低、利用不平衡、利用方式相对单一、利用技术水平滞后和利用优惠政策落实难等问题。针对以上情况,作者对该市煤矸石综合利用提出了今后发展方向和建议。     

煤储层渗透性影响因素探讨

依据煤层气井的试井资料，结合试验室测试数据和其它资料的分析，认为中国煤储层渗透性主要受原地应力状况的控制，其它因素对其也有一定的影响。     

Character of the Si and Al Phases in Coal Gangue and Its Ash

Abstract: Analysis of the Si and Al phases in coal gangue fuel and its ash is important for use of coal gangue ashes. A comprehensive study by theoretical and experimental analyses with differential thermal analysis, X-ray diffraction and Infrared Spectroscopy has been made in the present article to explore the diagram of the Si and Al phases in coal gangue fuel and its ashes. It is found that kaolinite and quartz are the main phases in coal gangue fuel. The ratio of moles Al2O3 to SiO2 (i.e., Al2O3 (mole) /SiO2 (mole)) is usually no more than 0.5 in most coal gangue fuel and its ashes. The kaolinit at about 984°C releases a large quantity of SiO2, which makes calcine coal gangue more active than coal gangue itself. The relationship between the ratio Al2O3 (mole)/SiO2(mole) and the components of coal gangue ash is analyzed, resulting in a formula to calculate the quantity of each phase. Applying the formula to the testing samples from an electric plant in north China supports the above conclusions.     

煤矸石的强度特性

本文首先讨论煤矸石的应力-应变、抗剪强度二者与试样尺寸的关系;其次,研究二者的试验变形速率效应;其三,研究其应力-应变的归一化性态;最后,用松弛和蠕变相耦合的方法来研究煤矸石的强度变化现象,从另一侧面探讨土的长期强度降低机理。     

贵州水城地区煤矸石中微量元素综合利用评价

煤矸石中富含各种微量元素,其中很多元素都具有综合利用潜力,如在高镓矸石中,微量元素Ga含量可达到工业利用品位。矸石中也富含一些对植物生长有益的微量元素,这有利于利用煤矸石制作肥料和矸石山的复垦,但矸石中有些微量重金属元素含量过高时也会对环境造成一定的影响。为了更深入的查明煤矸石中微量元素的利用潜力和对环境的影响程度,选择重要产煤区水城为研究区域,对多个煤矿的煤矸石开展综合利用研究工作,采用ICP—MS对煤矸石中微量元素进行分析,并对煤矸石微量元素利用进行了综合评价。通过分析,认为Ag、co、Ga、zr、Nb和sc等6种微量元素有较大综合利用潜力,矸石中富含cu、zn、c0和M04种对植物生长有益的微量元素,但矸石中的cu、Ni、zn和Cr含量是对照背景值的2—3倍,可能会对环境造成一定的影响。     

二溴邻硝基苯基萤光酮光度法测定煤矸石中微量锗

在H3PO4介质中 ,Tween 2 0存在下 ,Ge(Ⅳ )与二溴邻硝基苯基萤光酮 (DBoN -PF)反应生成红色配合物。该配合物的最大吸收波长为 540nm ,表观摩尔吸光系数为 1 0 2× 1 0 5 L·mol- 1 ·cm- 1 ,稳定时间至少 2 4h。测得配合物的组成比为nGe(Ⅳ ) ∶nDBoN PF=1∶2 ,锗的质量浓度在0～ 2 4 0 μg/L遵守比尔定律。应用于煤矸石中微量锗的测定 ,结果与常用的苯芴酮法相符 ,6次测定的RSD≤ 2 5% ,加标回收率在 98 5%～