真三轴条件下生物质与煤混燃灰地聚物充填体渐进破坏机制研究
批准号:
52074144
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
孙琦
依托单位:
学科分类:
矿山开采工程
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
孙琦
中文摘要
生物质与煤混燃灰具有活性,但作为胶凝材料制备充填体还有待研究,充填体在真三轴条件下的渐进破坏机制尚不清楚。项目采用碱激发和机械活化激发生物质与煤混燃灰活性并掺入少量矿渣制备地聚物胶凝材料,以破碎的煤矸石为骨料制成膏体充填材料,采用响应面法与满意度函数法确定充填体的最优配合比,测试胶凝材料和充填体的微观结构及化学成分,分析强度形成机理。采用自制的可视化真三轴试验机与白光数字散斑方法,研究不同中间主应力、不同加载速率和应力-应变混合加载路径下充填体的渐进破坏规律,分析充填体的变形局部化启动与演化特征、泊松比和能量释放演化特征,根据损伤能释放率建立充填体的损伤准则与损伤演化准则,通过算子分离算法的弹性预测、塑性修正和损伤修正建立损伤本构模型并进行二次开发,揭示真三轴条件下生物质与煤混燃灰地聚物充填体的渐进破坏机制。项目研发新型膏体充填材料并分析破坏机制,对膏体充填开采的研究与应用具有推动作用。
英文摘要
Co-combustion of biomass and coal ash is a substance with pozzolanic activity, but the preparation of binder for cemented paste backfill (CPB) requires further study, and the progressive failure mechanism of CPB under true triaxial conditions is unclear. In this project, the co-combustion of biomass and coal ash with a small amount of slag as the geopolymer binder is mechanically activated and activated by alkali, and crushed coal gangue is used as the aggregates for preparing the CPB. The response surface method and desirability function method will be used to determine the optimal proportion of CPB. The microstructure and chemical composition of the binder and the CPB will be tested to analyze the strength formation mechanism. A visual true triaxial testing machine and white light digital speckle correlation method will be used to study the progressive failure of CPB under different intermediate principal stresses, different loading rates, and mixed stress-strain loading paths. The localized deformation initiation and evolution characteristics, Poisson's ratio and energy release evolution of CPB will be analyzed. The damage criterion and damage evolution criterion of the CPB will be established according to the damage energy release rate. The damage constitutive model will be established through elastic predictions, plasticity corrections and the damage correction of the operator splitting technique, and secondary development will be carried out. The progressive failure mechanism of the co-combustion of biomass and coal ash geopolymer CPB under true triaxial conditions will be revealed. In this project, a new type of CPB will be developed, and the failure mechanism will be analyzed, which will promote the study and application of paste backfill mining.
采用生物质与煤混燃灰地聚物充填体进行充填开采后,充填体在三向不等应力作用下的整体渐进式破坏规律对充填体的长期稳定性具有重要影响。项目采用现场调研、试验研究、理论分析与数值模拟相结合的方法开展研究,取得了以下研究成果:(1)基于单因素分析和多目标算法相结合的方法确定了生物质与煤混燃灰胶凝材料的最优配合比,通过响应面试验和满意度函数,获得了生物质与煤混燃灰地聚物充填体的最优配合比,采用SEM-EDS、XRD、FTIR和MIP相结合的方法对生物质与煤混燃灰地聚物充填体的微观结构、物相组成、化学成分和孔隙结构进行了分析,揭示了充填膏体的强度形成机理。(2)采用多尺度试验与分子动力学模拟相结合的方法探索了生物质与煤混燃灰地聚物充填体的耐久性和疏水性,揭示了侵蚀机理和疏水改性机理。(3)采用真三轴试验与白光数字散斑相关方法相结合的手段,分析了地聚物充填体的强度特性、损伤特征和变形局部化规律,揭示了充填体在真三轴条件下的渐进破坏规律,并采用数值模拟验证了室内真三轴的试验结果。(4)建立了真三轴下充填体的损伤本构模型,采用C++语言基于FLAC3D平台对项目建立的真三轴下充填体的损伤本构模型进行了二次开发,开发后计算的结果与试验数据吻合较好,可以描述充填体在真三轴下的损伤特性。(5)多尺度综合分析了微观结构、细观变形和宏观力学特性,确定了生物质与煤混燃灰地聚物充填体宏观力学性能、细观破坏特征与微观强度形成机理之间的联系,揭示了充填体的渐进破坏机制。研究成果揭示了生物质与煤混燃灰地聚物充填体在真三轴下的渐进破坏机制,为膏体充填开采的长期效果提供理论支持和指导。
PVA纤维增强LC3水泥基充填体水化—劣化—自愈合机制研究
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批准号:52574149
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项目类别:面上项目
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资助金额:50.00万元
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批准年份:2025
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负责人:孙琦
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依托单位:
动力扰动作用下地质聚合物充填膏体蠕变损伤特性研究
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批准号:51504125
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2015
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负责人:孙琦
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依托单位:
国内基金
海外基金