全尾砂胶结充填体的强度敏感性及破坏机制

第36卷第9期 北京科技大学学报 Vol.36 No.9 2014年9月 Journal of University of Science and Technology Beijing Sep.2014 全尾砂胶结充填体的强度敏感性及破坏机制 付建新12)，杜翠凤12)，宋卫东12) 1)北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京1000832)北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:fjun-zuihao(@163.com 摘要以大治铁矿全尾砂为原材料，采用水泥为胶结材料制作全尾砂胶结充填体，采用单因素五水平设计试验，研究了全 尾砂胶结充填体强度与料浆中固相质量分数、灰砂配比及龄期之间的关系，并对敏感性进行了分析.胶结充填体强度随着料 浆中固相质量分数的增加遵循指数函数增长，随灰砂配比的增加呈线性增长，随龄期增加遵循指数函数的增长，其中胶结充 填体强度对龄期的敏感性最高，料浆中固相质量分数次之，灰砂配比最弱，胶结充填体抗压破坏试验结果显示，充填体的破坏 经历了四个阶段，分别为微裂隙闭合阶段，线弹性阶段、微裂纹扩展阶段及裂纹贯通破坏阶段. 关键词尾砂：胶结充填体；强度；敏感性；破坏；定量分析 分类号TD353 Strength sensitivity and failure mechanism of full tailings cemented backfills FU Jian-xin),DU Cui-feng,SONG Wei-dong2) 1)Key Laboratory of the Ministry of Education of China for High-efficient Mining and Safety of Metal Mines,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)School of Civil and Environmental Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:fujun-zuihao@163.com ABSTRACT Full tailings cemented backfills were produced by taking Daye iron ore tailings as a raw material and cement as a cementing material.The relations of the backfills'strength with slurry concentration,sand-to-lime mass ratio and curing period, together with the sensitivity of the backfills'strength to these influencing factors,were studied by using single-factor five-level experi- ment design.The strength of the backfills follows an exponential function with slurry concentration and curing period,but a linear func- tion with sand-to-lime mass ratio.Moreover,the sensitivity of the backfills'strength to curing period is the highest,but is the weakest to sand-to-lime mass ratio.Compressive failure test results show that destruction of the backfills goes through four stages,including micro-crack closure stage,linear elastic stage,micro-crack propagation stage,and crack coalescence stage. KEY WORDS tailings;cemented backfill;strength;sensitivity;failure;quantitative analysis 随着开采技术的发展，充填法采矿在矿山开采 配可控等优点，近些年以尾砂为主要原料发展了很 中，所占比例越来越高，是未来发展的必然趋势). 多充填技术，如水砂充填3)、全尾砂胶结充填[)、分 充填法采矿具有回收率高、贫化率低、“三下”资源 级尾砂胶结充填[5)、高浓度全尾砂胶结充填及膏体 开采安全性高等优点2)，可有效控制采场地压，同 充填[6-).国内外学者开展了大量的基础理论研究， 时将选矿过程中产生的尾矿等直接充入采空区，实 在胶结充填体力学性能、充填料浆输送等方面取得 现无废开采. 了丰富的成果8-)] 目前，尾矿为主要充填原料，具有方便快捷、级 与分级尾砂胶结充填相比，全尾砂胶结充填具 收稿日期：2013-06-14 基金项目：中央高校基本科研业务费专项基金资助项目（下RF-SD-12-003A):长江学者和创新团队发展计划资助项目(RTO950) DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2014.09.004;http://joumals.ustb.edu.cn

第 卷 第 期 北 京 科 技 大 学 学 报 年 月 全尾砂胶结 充 填体 的 强 度 敏感 性 及破坏机制 付建新 , 杜 翠成 ■ , 宋 卫 东 “ 北京科技大学金属 矿 山 高 效开采 与 安 全教育部重点 实验 室, 北 京 北京科技 大学土 木与 环境工 程学院 , 北京 通 信作 者 , ： 摘 要 以 大冶铁矿全尾砂 为 原材料 , 采用水泥为 胶结材 料制作全尾 砂胶结 充填体 , 采用 单 因素 五水平设 计试验 研究 了 全 尾砂胶结充填体 强度 与料 浆中 固相质量分数 、 灰砂配 比及龄期之间 的关 系 并对 敏感性进行 了 分析 胶结充填 体强度 随着料 浆 中 固 相质 量分数 的 增加遵循指数 函数增长 , 随灰砂配 比 的 增加 呈线 性增长 , 随 龄期增加 遵循指 数函 数 的 增长 其 中 胶结充 填体强度对 龄期旳 敏感性 最高 , 料浆 中 固 相 质量分数次之 , 灰砂配 比最弱 胶结 充填体抗压破坏试验结 果显示 充填体 的破坏 经历 了 四个阶段 分别为 微裂 隙闭 合 阶段 、 线 弹性 阶段 、 微裂纹扩展阶段 及裂纹 贯通破坏 阶 段 关键词 尾砂 ； 胶结充填体 ； 强度 ； 敏感性 ； 破坏 ； 定量分析 分类号 , , ： ’ , ； ； ； ； 随着开采 技术 的 发展 充填法采 矿在 矿山 开 采 配可 控等优点 近 些年以 尾砂为 主要原料发 展 了 很 中 , 所 占 比例越 来越 高 , 是 未来发 展 的 必然 趋势 多充填技术 如 水砂充填 、 全尾砂胶结 充填 、 分 充填法采矿 具有 回 收率高 、 贫化 率低、 “ 三 下 ” 资 源 级尾砂胶结充填 、 高浓 度全尾 砂胶结充填及 膏体 开采安全性高 等 优点 , 可 有效控制 采场 地 压 , 同 充填 国 内 外学者开展了 大量 的基础 理论研究 , 时将选矿过程中产 生 的 尾 矿等直接 充人采空 区 , 实 在胶 结充填体力 学性能 、 充填料浆 输送等方面取得 现无废开采 了 丰富 的成果 目 前 , 尾矿为 主要充填 原料 , 具有方便快捷、 级 与分级尾砂胶结充填相 比 , 全尾砂胶结充填具 收稿 日 期 ： 基金 项 目 ： 中 央 高 校基 本科研业务 费 专项 基金 资 助 项 目 ( ； 长 江学者和 创新团 队 发展计划 资助项 目 ( ；

·1150- 北京科技大学学报 第36卷 有级配均匀、工艺简单等特点，而胶结充填体的强度 100r 是保证充填效果、采场安全的关键条件之一·开展 90 80 全尾砂胶结充填体强度研究具有重要的意义. 全尾砂胶结充填体的强度与尾砂料浆中固相质 60 50 ·占有率 量分数、灰砂配比及养护龄期有很大关系，本文以大 40 一累计率 冶铁矿全尾砂为胶结充填体的主要材料来源，在分 30 析物理化学性质的基础上，对全尾砂胶结充填体强 度敏感性进行分析，总结探讨了胶结充填体与料浆 25-4545-7575-106106-150150-180>180 中固相质量分数、灰砂配比及龄期之间的函数定量 尾砂粒径m 关系，并借助扫描电镜研究相应充填体内部微观变 图1全尾砂粒径分布曲线 化，最后对胶结充填体的破坏过程与机制进行研究 Fig.1 Tailings particle size distribution curves 1大冶铁矿全尾砂物理化学分析 2全尾砂胶结充填体强度特征分析 尾砂中主要含有Si02、Ca0、Al20,等，而根据尾 根据试验设计，总共测试25种充填试件，养护 砂来源不同含有的元素也不尽相同，采用化学分析 龄期分别为3、7和28d的单轴抗压强度.试件采用 法测得大冶铁矿化学成分.由分析可知：大冶铁矿 规格为100mm×100mm×100mm三联模式制作，养 尾砂主要以黏土矿物、石英和硅酸盐之类组成；其次 护条件为温度(20±1)℃、相对湿度90%以上. 有Ca0、Mg0、Na0、S03、P20、Au、Ag等；此外，还含 图2为制作好的充填试件，最终的试验结果如 有少量的Co、Ni、Pb、As等. 表1所示 根据测试结果得出全尾砂和分级尾砂的粒径分 布曲线如图1.从粒径分布图中可看出，全尾砂的中 值粒径do约为25m,属于细尾砂. 采用大冶铁矿全尾砂作为骨料，普通标号425* 硅酸盐水泥作为胶结剂来制备充填试件.分别对养 护龄期为3、7和28d的充填试件进行试验.实验采 用单因素五水平设计，因素变量设计包括五个灰砂 配比，分别为1：4、1：5、1：6、1：8及1：10；料浆中固相 图2充填体试件 质量分数分别为65%、68%、70%、73%及75%. Fig.2 Cemented backfill specimens 表1充填试件抗压强度 Table 1 Compressive strength of cemented backfill specimens MPa 固相质量分数/% 灰砂配比 龄期/d 65 68 70 73 15 3 0.28 0.36 0.46 0.6 0.84 1:4 7 0.81 0.96 1.39 1.61 1.96 28 2.15 2.88 3.68 4.62 5.48 3 0.27 0.31 0.39 0.48 0.66 1:5 ) 0.72 0.81 1.34 1.58 1.91 28 1.80 2.22 3.02 3.91 5.00 0.26 0.35 0.34 0.44 0.51 1:6 > 0.69 0.80 1.30 1.53 1.89 8 1.34 1.60 2.13 2.85 3.74 0.18 0.22 0.28 0.36 0.41 1:8 7 0.31 0.39 0.56 0.66 0.70 28 1.05 1.36 1.78 2.11 2.61 3 0.15 0.20 0.26 0.37 0.38 1:10 0.24 0.36 0.44 0.58 0.63 28 0.61 0.79 1.14 1.43 1.81

? 1 1 5 0 ? 北 京 科 技 大 学 学 报 第 卷 有级配均匀 、 工艺 简 单等 特点 而 胶结充填体 的 强度 是保证充填效果 、 采场安 全 的 关键 条件之 一 开 展 全尾 砂胶结充填体强度研究 具有重要的 意 义 丨 全尾 砂胶结充填体的强 度 与尾砂料浆 中 固 相质 《 ■” 占 有 率 量分数 、 灰砂配 比及养护龄期 有很大关系 本文 以大 令 累计率 冶铁矿全尾砂为 胶结充填体 的 主 要 材料来 源 , 在 分 析物 理化 学性质 的 基础 上 对全尾砂胶 结充填 体强 度敏感性 进行分析 , 总 结探讨 了 胶结充 填 体与 料浆 二 ■ — — 、 、 ” , , , 丄 《 中 固 相 质量分数 、 灰砂配 比及龄 期 之 间 的 函 数 定量 尾 砂粒 径 关系 并借助 扫描 电 镜研究 相 应 充填体 内 部 微 观变 图 全尾 砂粒径 分布 曲 线 化 , 最后 对胶 结充填体 的破坏过程与机制 进彳了研丸 全尾舰结 充馳髓特 征 分析 尾砂 中 主要含 有 、 、 等 ’ 而 , , 根 据试验设计 总 共测 试 种充填 试件 , 养 护 来 源不 同 有 的 兀素 也 不尽 ’ 采 用 化 子 分 析 龄期分别 为 、 和 的 单轴 抗压强度 试件細 法测 得大 冶铁 矿 化学 成 由 气 析 可 知 ： 大 冶 铁矿 规格为 。 三联模式制 作 养 尾 砂主要 以 點 土矿物 、 石央和 桂酸 盐 类组 成 ； 其 护 条件为温 度 ± 、 相对湿度 以 上 有 、 、 、 、 、 、 等 ； 此外 还 含 图 为制 作好 的 充 填试件 , 最 终 的 试验结 果 如 有 少量 的 、 、 、 等 表 所示 根据 测试结果得出 全尾 砂和分级尾砂的 粒径分 、 布 曲 线 如 图 从粒径 分布 图 中 可看 出 , 全尾 砂的 中 纖 成 值粒径 。 约 为 , 属 于 细 尾 砂 ？ 采 用大 冶铁矿全尾砂作 为 骨料 , 普通标 号 、 ： 碰盐 水泥 作她结 絲驗魏餅 分 养 护 龄期 为 、 和 的充填试件进行试验 实验采 用 单因 素五 水平设计 , 因 素 变量设计包括 五 个灰砂 配 比 分别 为 、 、 、 及 料浆 中 固相 图 充 填 体试件 质量分数分别 为 、 、 、 及 表 充填试件抗压强 度 固相 质 量 分数 灰 砂配 比 龄期

第9期 付建新等：全尾砂胶结充填体的强度敏感性及破坏机制 ·1151· 充填体的灰砂配比、料浆中固相质量分数以及 2.1料浆中固相质量分数的影响 龄期是影响充填体强度的三大主要因素，分别研究 为了分析强度与料浆中固相质量分数的关系， 充填体强度与三个因素的关系 将灰砂配比作为不变量，研究了3、7和28d强度随 为得到强度与单一因素的定量关系，研究时将 固相质量分数变化的规律，并分别进行了线性拟合 待研究因素作为变量，而固定另两个因素，避免多因 和指数拟合，得到了复相关系数2值，拟合结果如 素变化造成的相互干扰，从而得到充填体强度对三 表2所示. 者的敏感性程度 表2料浆中固相质量分数与强度拟合复相关系数2 Table 2 Multiple correlation coefficient(R2)of slurry concentration and strength fitting 灰砂配比 龄期/d 拟合类型 1:4 1:5 1:6 1:8 1:10 平均值 线性 0.941 0.948 0.977 0.989 0.977 0.967 3 指数 0.996 0.990 0.990 0.995 0.994 0.994 线性 0.983 0.968 0.974 0.992 0.996 0.983 指数 0.979 0.955 0.964 0.992 0.990 0.976 线性 0.998 0.977 0.960 0.994 0.988 0.984 28 指数 0.991 0.997 0.994 0.993 0.993 0.994 由表中固相质量分数与强度的相互关系拟合复 0.978,说明指数拟合更加符合固相质量分数对强度 相关系数可知，28d的强度具有较好的线性拟合特 的影响规律 性和指数拟合特性，复相关系数R2达到了0.96以 图3为不同配比，3、7及28d时强度随固相 上，但是，三种强度的指数拟合复相关系数平均值 质量分数的变化曲线，图中给出了指数拟合后的 为0.988，而线性拟合的复相关系数平均值为 曲线 0.9r □配比1：4配比15 2.5r回配比14四尼比15m配比16 0.8 配比16222配比18 题配比1：8 、配北110一指数14 0.7 器配比1：10一一指数14 2.0--指数(1：5)一-指数(16指数(1：8) 0.6 指数(15)-指数(16) 一…指数(10) 一指数18)一指数(0) 1.5 a 0.4 1.0 0.3 0.2 05 01 65 68 73 65 68 70 固相质量分数/修 固相质量分数% 6r配比1：4 sw配比1：5 ▣配比16 配比18磁配比110-指数(14) 5--指数(15)-指数(16一指数(18) 一指数(1：10) 3 3 65 68 70 固相质量分数你 图3料浆浓度与充填体试件强度关系曲线.(a)3d;(b)7d:(c)28d Fig.3 Relationships of slurry concentration and the backfills'strength:(a)3d;(b)7d;(c)28 d 由图可知，固相质量分数对强度的影响呈现较 强度增长也就越快.且随着灰砂配比的增大，指数 明显的指数函数规律，说明随着固相质量分数的增 增长趋势越剧烈，说明灰砂配比增长越快，强度 加，对充填体的强度影响也越剧烈，在相同时间内， 越大

第 期 付 建新等 ： 全尾 砂胶 结 充填 体的 强 度 敏感 性及 破坏机制 ‘ 充填体 的 灰砂配 比 、 料浆 中 固 相质 量分数 以 及 料 浆 中 固 相 质量 分 数 的 影响 龄期 是影 响 充填体强 度 的 三 大主要 因 素 , 分别 研究 为 了 分析 强度 与 料浆 中 固 相 质量 分数 的 关系 , 充填体强 度与 三个 因素 的 关系 将灰砂配 比作为 不变 量 研究 了 、 和 强 度 随 为 得到 强 度 与单一 因 素 的 定量关系 , 研究时将 固相 质量分数变 化的 规律 并 分别 进 行 了 线性拟 合 待研究 因 素作 为变量 而 固定 另 两个 因 素 避 免多 因 和指 数 拟合 , 得到 了 复 相关系 数 圮 值 , 拟 合结 果如 素变化造 成 的 相互 干扰 从 而得 到 充填体强 度对三 表 所示 者的 敏感性程 度 表 料浆 中 固 相 质量分 数 与强 度 拟 合复 相 关系 数 炉 灰砂配 比 龄期 拟合 类型 平 均值 线 性 指 数 线 性 指 数 线 性 指 数 由 表 中 固 相质量分数与强 度 的 相互 关系 拟合 复 , 说明 指数 拟合 更 加符合 固相 质量 分数对 强 度 相关 系 数可知 的 强 度 具有较好 的 线性 拟 合特 的影 响 规律 性和指 数 拟合 特性 复 相关 系 数 达到 了 以 图 为 不 同 配 比 , 、 及 时 强 度 随 固 相 上 但是 , 三 种强 度 的 指 数 拟合 复 相 关 系 数 平 均 值 质 量 分数 的 变 化 曲 线 , 图 中 给 出 了 指 数 拟合 后 的 为 而 线 性 拟 合 的 复 相 关 系 数 平 均 值 为 曲 线 「 ■ 配 比 现配 比 「 口 配 比 配 比 配比 酬汽己 比 ■配 比 咖 配 匕 豳 配 匕 运 数 ( 隨配 比 丨 指数 ( 一 指 数 ( 指 数 ( … 指 数 ( — 指数 指憨 翁 指 数 分彳 菌 裏 ‘指 — 」 霞 固 相 质 量分 数 固 相 质 量 分数 口 配 比 孤配 比 配 比 配 比 豳配 比 指数 ( 指数 ( 指数 ( — 指数 ( — 指数 〈 譲 固 相 质量 分 数 图 料浆 浓 度 与 充填 体试 件强 度 关系 曲线 ( ； ； ’ ： ； 由 图 可知 , 固 相 质量 分数对 强度 的 影 响呈 现较 强度 增 长 也就 越快 且 随着 灰 砂 配 比 的 增 大 , 指数 明 显 的指 数 函 数规 律 说 明 随 着 固相 质 量 分数 的增 增 长 趋 势 越 剧 烈 , 说 明 灰砂 配 比 增 长 越 快 , 强 度 加 对 充填体 的 强 度影 响 也 越 剧 烈 , 在 相 同 时 间 内 , 越 大

·1152· 北京科技大学学报 第36卷 从图中可以看出，相同固相质量分数、不同灰砂 式中，a1、b,和c1同时取决于灰砂配比、养护龄期等 配比的3d和28d强度呈现较均匀的阶梯变化，拟 因素影响，x为料浆中固相质量分数 合曲线均匀分布，而7d强度则出现了较明显的离 2.2灰砂配比的影响 散现象 将料浆中固相质量分数作为不变量，研究了3、 综上所述，固相质量分数对强度的影响整体呈 7和28d强度随灰砂配比的变化规律，并分别进行 现指数函数关系，可用下式表示： 了线性拟合和指数拟合，得到了复相关系数R值， y=a +b efis (1) 拟合结果如表3所示. 表3灰砂配比与强度拟合复相关系数R Table 3 Multiple correlation coefficient (R2)of lime-to-sand mass ratio and strength fitting 固相质量分数/% 龄期/d 拟合类型 65 68 70 73 75 平均值 线性 0.923 0.979 0.977 0.994 0.932 0.9615 指数 0.903 0.962 0.997 0.984 0.967 0.9631 线性 0.890 0.896 0.825 0.813 0.801 0.8455 指数 0.867 0.874 0.820 0.810 0.802 0.8352 线性 0.996 0.980 0.98 0.994 0.984 0.9880 函 指数 0.958 0.969 0.979 0.983 0.963 0.9710 由表3可知，充填试件灰砂配比与强度关系具 负相关系数只有0.8455和0.8352，说明这两种拟 有较好的线性拟合特性和指数拟合特性，尤其是3d 合并不适应7d强度与配比定量关系 和28d强度，具有明显的线性和指数特征.但是，线 总体来看，不同龄期的充填试件的强度与配合 性拟合复相关系数要大于指数拟合复相关系数，因 比呈现一种线性关系，随着配比的增加而线性增长 此线性拟合更加符合充填试件灰砂配比对强度的影 图4为不同配比，3、7及28d强度随配比变化 响规律.对于7d强度变化，线性拟合和指数拟合的 的曲线，图中给出了线性拟合后的曲线 0.9□固相质量s固相质量m固相质量分数70% 2.5 口固相质量 固相质量m固相质量分数70%b 分数65% 十数68膏 0.8 -…线性(65%) 分数65% 分数68%一·线性(65%)） 固相质量 --线性(73%) 盈固相质量四固相质量--线性(73%) 0.7 购固相质量 2.0 分数73% 分数75% 分数73% 分数75% 0.6--线性(68%)--线性(70%) 一-线性(68%)--线性(70) 05 线性(75%) 1.5-线性(75%) 0.4 1.0 0.3 0.2 0.5 01 0 1:10 18 16 15 1:4 110 18 16 15 14 灰砂配比 灰砂配比 固相质量 过固相质量分数68% 分数65% 细固相质量分数73% 过固相质量 -,线性(65%) 分数70% .线性(70%) 4固相质量 分数75% 一-用68% 3 --线性(73% 2 1:10 L8 16 5 14 灰砂配比 图4灰砂配比与充填体试件强度关系曲线.(a)3d:(b)7d;(c)28d Fig.4 Relationships of lime-to-sand mass ratio and the backfills'strength:(a)3 d;(b)7d;(c)28 d

? 1 1 5 2 ? 北 京 科 技 大 学 学 报 第 卷 从 图 中 可 以 看 出 , 相 同 固相 质量分数 、 不 同灰 砂 式 中 , 和 … 同时取决 于灰 砂配 比 、 养 护 龄期 等 配比 的 和 强 度 呈 现较 均 匀 的 阶梯变 化 , 拟 因 素影响 为 料浆 中 固相 质量 分数 合 曲 线均 匀 分 布 , 而 强 度 则 出 现 了 较 明 显 的 离 灰 砂配 比 的 影 响 散现象 将料浆 中 固 相质量分数作为 不 变量 , 研究 了 、 综上 所述 , 固 相质 量 分数对强 度 的 影 响 整体 呈 和 强 度 随 灰砂 配 比 的 变 化规 律 , 并分别 进 行 现指 数 函 数关系 可 用下 式表 示 ： 了 线性拟合和指 数 拟合 得 到 了 复 相 关系 数 值 , 拟 合结果如 表 所示 表 灰砂配 比 与 强 度拟合 复相 关系 数 固 相 质量分数 龄 期 拟 合类 型 平均 值 线性 指 数 线性 指 数 线 性 指 数 由 表 可知 , 充 填 试件灰 砂配 比 与 强度 关系 具 负 相 关 系 数 只 有 和 说 明 这两 种 拟 有较 好的 线性拟合特性和指数 拟合特性 尤其是 合并不适应 强度与 配比定 量关系 和 强 度 , 具有 明显 的线 性 和指 数特征 但是 , 线 总体 来 看 , 不 同 龄期 的 充填试件 的 强度 与 配合 性 拟合复相 关系 数要 大于 指 数拟 合 复 相关 系 数 , 因 比呈 现一 种 线性 关系 , 随着配 比 的增 加 而线性增长 此 线性拟合更 加符 合充填试件灰砂配 比对 强度 的 影 图 为不 同 配 比 、 及 强 度 随配 比变 化 响 规律 对 于 强度变 化 线性拟 合和 指数拟 合的 的 曲 线 , 图 中 给出 了 线性拟合后 的 曲 线 「 口 固 相质 量 固相质 量 固 相 质量 分数 「 □ 固 相 质量 ㈣ 固 相质量 固 相质量 分数 分数 分数 一 线 性 分数 分 数 “ 线性 固 相质 量 固相 质量 线 性 “ 固 相 质 睡 固 相质 量 线性 ° “ 分数 分数 分数 分致 圉 圖 ￡ — 线 性 崖 一 匿 — 譃 ：广 线性 』 ： 省 ° 讀 灰砂 配 比 灰 砂配 比 「 固相质 量 巡 固 相质 量分数 ° 分 数 啦 固 相质 量分数 崮 相质 量 齒 ’ 圏 分 数 线性 ■ 固 相 质量 … 线性 ‘ ‘ ？ — 分 线 性 数 圜 懷 …邏 灰 砂配 比 图 灰砂配 比与 充填 体试 件强度 关系 曲 线 ( ： ；

第9期 付建新等：全尾砂胶结充填体的强度敏感性及破坏机制 ·1153· 由图可知，灰砂配比对3d和28d强度的影响 综上所述，灰砂配比对强度的影响整体呈现线 呈现较明显的线性函数规律，说明相同固相质量分 性函数关系，可用下式表示： 数下，强度随着灰砂配比的增加而线性增大.且随 y=az +bar. (2) 着固相质量分数的增大，线性曲线斜率越大，说明强 式中，a2和b2同时取决于固相质量分数、养护龄期 度增长越快，强度越大 等因素影响，「为灰砂配比 从图中可以看出，相同灰砂配比、不同固相质 2.3龄期的影响 量分数的3d和28d强度呈现较均匀的阶梯变化， 选取了固相质量分数68%和75%、不同灰砂配 拟合曲线均匀分布，而7d强度则没有这种规律， 比的充填试件，以及灰砂配比1：5和1：8、不同固相 出现了较明显的分散现象，高固相质量分数的增 质量分数的充填试件，研究其强度随龄期的增长规 长明显高于低固相质量分数的增长速率，且相同 律，并进行指数拟合.图5为固相质量分数68%和 固相质量分数下随着灰砂配比的增加呈现S型的 75%、不同灰砂配比的充填试件强度随龄期的增长 增长趋势 规律及指数拟合曲线 35「一配比14s配比15一配比6 5.0 四配比1：4 图配比1：5 % 45 R2-0.9996 配比18题配比1：10…指数(14 3.0 2-0.9989 配比6 -指数(1：5…指数(16)--指数18) 配此18 R-0.9939 配比110 一指数(14 2.5 3.5 -…指数(15) -指数16 60.9998 --指数(18) 指数：10 R-0.9641 2.0 3.0 =0.9974 2.5 15 P=0.956 2.0 R-0.9681 1.0 R-0.9931 1.5 0.9639 1.0 0.5 0.5 0 28 3 28 龄期： 龄期d 图5龄期与充填体试件强度关系曲线.()固相质量分数68%；(b)固相质量分数73% Fig.5 Relationships of curing period and the backfills'strength:(a)slurry concentration of68%(b)slurry concentration of73 从图中可看出：随着龄期的增长，不同灰砂配比 强度值越大 的充填体强度基本遵循指数增长，且拟合复相关系 图6为灰砂配比1：5和1：8、不同固相质量分数 数R平均在0.99以上，具有很高的精度；当尾砂充 的充填试件强度随龄期的增长规律及指数拟合 填配比越高时，指数曲线越陡，说明强度增长越快， 曲线 3.0 □固相质量分数65%固相质量分数68% 6 口固相质量分数65%丽固相质量分数68% (b) 四固相质量分数70%码固相质量分数73% 2固相质量分数70%照固相质量分数73% R2=0.9992 2.5 器固相质量分数75%-，指数65%) R=0.944 --固相质量分数75%.-指数(65%) --指数(68%) ·-指数70%) -指数68%) …指数(70%) R-0.9939 2.0叶-…指数73%) -指数(75) R2=0.968 指数73% 指数(75%) R-0.986 3 1.0H 0.5 28 28 龄期d 龄期！ 图6龄期与充填体试件强度关系曲线.(a)灰砂配比1：8：(b)灰砂配比1：5 Fig.6 Relationships of curing period and the backfills'strength:(a)lime-to-sand mass ratio of 1:8;(b)lime-to-sand mass ratio of I:5 从图中可看出：随着龄期的增长，不同固相质量 指数曲线越陡，说明强度增长越快，强度值越大 分数的充填体强度也基本遵循指数增长.灰砂配比 综上所述，养护龄期对强度的影响整体呈现指 1:5的拟合复相关系数R较高，具有很高的精度，而 数函数关系，可用下式表示： 1:8的则相对较低；当料浆中固相质量分数越高时， y=a3 +b3e. (3)

第 期 付建 新等 ： 全尾砂胶 结 充填体 的 强 度 敏感 性及 破坏机制 ‘ 由 图 可 知 灰砂配 比 对 和 强 度 的 影响 综 上所述 灰砂配 比 对强 度 的 影响 整体呈 现线 呈现 较明 显 的 线性 函 数规律 , 说明 相 同 固 相 质 量分 性函 数关系 , 可用 下式表示 ： 数下 , 强 度 随着 灰砂配 比 的 增 加 而线 性增 大 且随 着 固 相 质量分数的 增 大 , 线 性 曲 线斜率 越大 说 明 强 式中 , 和 同 时取 决于 固 相 质量 分数 、 养 护 龄 期 度增 长 越快 , 强度 越大 等 因 素影响 , 为灰砂配 比 从 图 中 可 以 看 出 , 相 同 灰砂配 比 、 不 同 固 相 质 龄期 的 影响 量分数 的 和 强度呈 现 较均 匀 的 阶梯 变 化 , 选取 了 固 相质 量分数 和 、 不 同灰 砂配 拟合 曲 线均 匀 分 布 , 而 强 度 则 没 有 这 种 规 律 , 比 的充填试件 , 以 及灰 砂配 比 和 、 不 同 固 相 出 现 了 较明 显 的 分 散 现 象 , 高 固 相 质 量分 数 的 增 质量分数的 充填试件 , 研究其强 度 随龄 期 的 增 长 规 长 明 显 高 于 低 固 相 质 量分 数 的 增 长 速 率 , 且 相 同 律 , 并进行指数拟合 图 为 固 相 质 量 分数 和 固 相 质 量分数 下 随着 灰砂 配 比 的 增 加 呈 现 型 的 、 不同 灰砂配 比 的 充填试件强 度 随龄期 的 增 长 增 长趋 势 规律 及指 数拟合 曲 线 「 配 比 想 配 比 配比 ⑷ ° 配 比 配 比 聖 丨 、 — 炉 卿 ■ 丄 … “■ 配 比 丨 函 配 比 ； 指 数 ( … 指 数 ( 指 数 ( 网 國配 比 指 知 ( 指 数 ( ： … 指数 … 指 数 爐’ 一 指数 ( 指 数 ( 雄 ° 亀； 么： 鑿 因 丨 《 纖 ： ‘ 一 ‘么 麕 漏 慮 龄期 龄期 图 龄 期 与充 填体试件强 度 关 系 曲线 ( 固 相 质量 分数 固相 质 量 分 数 ： ； 从图 中 可看 出 ： 随着 龄期 的 增长 , 不 同 灰砂 配 比 强度值越大 的 充填体强 度 基本遵 循指 数增 长 且 拟合 复 相关 系 图 为灰砂配比 和 、 不 同 固 相质 量分 数 数 ？ 平均在 以 上 具有 很 高 的 精 度 ； 当 尾砂 充 的 充 填 试件 强 度 随 龄 期 的 增 长 规 律 及 指 数 拟 合 填配比越 高 时 指数 曲 线越 陡 , 说 明 强 度增 长 越 快 , 曲 线 厂 似 固 相 质量分 数 固 相 质量 分数 口 固 相 质量 分 数 固 相 质 量分 数 酬 固 相 质量分 数 翻 固 相 质量 分数 ： 固相 质量 分数 固 相 质 量分 数 圆 固相 质量分 数 — 指 数 把 固相 质量 分数 指 数 — 指数 指 数 — 指 数 指 数 … 指数 … 指 数 指数 指 数 ：： 乂藝 ； 遍肩拿丨 凰 讓傷 一 门 關 龄期 丨 龄期 图 龄 期 与 充 填体 试件 强度 关系 曲 线 ( 灰 砂配 比 灰砂 配 比 ’ ： 从图 中 可看 出 ： 随 着龄期 的 增 长 不同 固 相质 量 指数 曲 线越 陡 说明 强度增 长 越快 强度值越大 分数 的 充填 体强 度也 基本遵循指 数增 长 灰砂 配 比 综 上 所述 养 护龄期 对强 度 的 影 响 整 体呈 现指 ： 的 拟合复 相关 系 数 ？ 较高 , 具有 很 高 的 精 度 , 而 数 函数关系 , 可 用下式表示 ： 的 则相对较低 ； 当 料浆 中 固 相 质量 分 数越 高 时 ,

·1154· 北京科技大学学报 第36卷 式中，a、b3和c3同时取决于灰砂配比、固相质量分 相质量分数65%、龄期分别为7d和28d的充填体 数等因素影响，t为养护龄期 试件中水化物进行分析，结果如图8所示. 2.4强度敏感因素分析 由上述分析可知，充填体强度与充填体试件灰 砂配比、料浆固相质量分数及龄期有关，但是对强度 的影响程度不同，即强度对三者的敏感性不同.为 分析这种敏感程度，选取了五个配比和强度互不相 同的试件的3、7及28d强度进行研究，如图7所示. 2.5 281.2.1528d,2.2228d.2.13 28d,2.11 2.0 7d.13 28.1.81 7d0.81 7d0.81 7d.0.66 1.0 7.0.63 3db.283d03u 3db.34 0.5 0 3d.0.36 34.0.38 14.65% 1:5.68% 16.709%18.73%1:10.75% 灰砂配比，周相质量分数 图7充填体强度敏感性曲线 Fig.7 Sensitivity curves of the backfills'strength 钙矾石 从横向来看：充填试件灰砂配比降低、固相质量 分数增加，3d强度逐渐增大，最大强度值出现在(1： 图8不同龄期胶结充填体的扫描电镜照片，(a)7d;(b)28d Fig.8 SEM images of the cemented backfills with different ages: 10,75%),说明固相质量分数对强度的影响较大， (a)7d:(b)28d 即敏感性较高；7d和28d强度经历了先增大后减小 的变化，最大值分别出现在(1：6,70%)和(1：5， 由图可知，水化物相主要分为两类，分别为结晶 68%),随着养护龄期的增加，最大强度值出现在灰 比较差、晶体大小相当于胶体尺寸的C-S-H凝胶 砂配比偏高的位置，说明强度对固相质量分数的敏 和结晶程度相对比较完整、晶体较大钙矾石 感性逐渐降低，而对灰砂配比的敏感性变大 尾砂充填体水化7d后，存在较多的柱状钙矾 从纵向分析可知，每个试件的不同龄期强度差 石结晶和团絮状凝胶.水化28d后，柱状钙钒石已 异都较大，说明强度对龄期的敏感性较高，对比来 全部消失，形成一体，结构变得致密，仍有一些花朵 看，其敏感程度远大于对固相质量分数和灰砂配比 状C-S-H结构.说明水化已进人稳定阶段，形成了 的程度 一些稳定的水化产物.水化程度和水化产物的结晶 同时由表1可知：灰砂配比1：5时，7d强度随着 程度越来越高，晶体颗粒明显增大，因而充填体强度 固相质量分数增加分别增加了12.5%、86.1%、 也相应增强. 119.4%及165.3%；灰砂配比1：5，固相质量分数 由分析可知，充填体强度的增长与水化过程中 65%的强度随着龄期增长分别增加了166.7%及 钙矾石的含量及形态有着密切的关系 566.7%:而固相质量分数为70%时，随着灰砂配比 图9为不同灰砂配比和固相质量分数、龄期7d 的增加，3d强度分别增长了7.69%、30.77%、50% 的充填试件电镜扫描图像.图9(a)和(b)为相同固 及76.92%.说明龄期对强度的影响最大，固相质量 相质量分数、不同灰砂配比的充填试件在水化7d 分数次之，灰砂配比最小 后的内部水化物状态.由图可知，前者内部的柱状 3胶结充填体水化物分析 钙矾石要多于后者，因此强度也高于后者，这与强度 分析是一致的.总体来看，此时两者内部水化物状 强度分析可知，充填体试件的3d和28d强度 态及分布大致相似. 具有较统一的规律性，而7d的强度则出现了较大 图9(a)和(c)为相同灰砂配比、不同固相质量 差别，不具备同一的规律，在保持养护条件不变的情 分数的充填试件在水化7d后的内部水化物状态. 况下，这种现象是由内部水化反应造成 由图可知，后者内部的柱状钙矾石远多于前者，因此 采用AMRAY1820扫描电镜对灰砂配比1：5、固 后者的强度要高于前者，这与强度分析是一致的

? 1 1 5 4 ? 北 京 科 技 大 学 学 报 第 卷 式中 , 、 和 ： 同 时取决 于灰 砂配 比 、 固 相 质量 分 相质 量分数 、 龄期 分别 为 和 的 充填体 数等 因素 影响 为养 护龄期 试件中 水化物 进行分析 , 结果 如 图 所示 弓 虽 度敏感 因 素分 析 漏 遇 由 上 述分析可 知 , 充填 体强度 与 充填体试件 灰 砂配 比 、 料浆 酬质量分数及龄期 有 关 , 但是对强度 的 影响 程度不 同 , 即 强 度 对 三 者 的 敏 感性 不 同 为 ‘ 分析 这种敏感程度 , 选 取 了 五 个 配 比 和 强 度互不 相 ⑶丨 飽 同 的 试件 的 、 及 强 度进行研究 如 图 所示 灰砂 配 比 , 醒质 量分 数 ’ 图 充 稱搬敏驗 — 从横 向 来看 纖试件灰 觀 随、 醜歸 ” 分数增 加 强度逐 渐增大 , 最大 强度值出 现在 图 不 同龄期 胶结細体 的 扫 描电 镜照 片 ⑷ 仏 ⑴ 则 说 明 固 相 质量 分数 对强 度 的 影 响 较 大 , ( 即 敏 感性较髙 和 强度 经历 了 先增 大后减小 的 变 化 最 大 值分 别 出 现在 ( ： , 和 ( ： , 由 图 可 知 , 水 化物相 主 要分为 两类 , 分别为结 晶 随着 养护龄期 的 增 加 , 最 大强 度值 出 现 在灰 比较 差 、 晶 体 大 小 相 当 于胶 体 尺 寸 的 凝胶 砂配 比偏 高 的位置 说 明 强 度 对 固 相 质量 分数 的 敏 和 结 晶 程度 相对 比较完整 、 晶 体较 大钙矾石 感性逐渐 降低 , 而对灰砂配 比 的 敏感性变大 尾砂充填体水 化 后 , 存 在 较 多 的 柱 状 钙 矾 从纵 向 分析可 知 , 每 个 试件的 不 同 龄 期 强 度差 石 结 晶 和 团 絮 状凝胶 水 化 后 柱状钙钒 石 已 异都较大 , 说 明 强 度 对 龄期 的 敏感 性较 高 , 对 比 来 全部 消 失 , 形 成一 体 , 结 构 变 得致密 , 仍有 一 些花朵 看 , 其敏感 程度远大 于对 固 相 质 量分数和 灰砂配 比 状 结构 说明 水化已 进入稳 定阶段 , 形成 了 程 度 一 些稳 定 的水 化产物 水化程度 和 水 化产 物 的 结晶 同 时 由 表 可知 ： 灰砂配 比 时 强度 随着 程度越来 越高 , 晶 体颗粒明 显 增大 , 因 而充填体强 度 固 相 质 量 分 数 增 加 分别 增 加 了 、 、 也 相应增 强 及 灰砂 配 比 , 固 相 质 量 分 数 由 分 析可 知 , 充 填体 强度 的 增 长 与 水化 过 程中 的 强 度 随 着 龄期 增 长 分别 增 加 了 及 钙 矾石 的 含量及形 态有 着密 切 的 关系 ； 而 固相 质量分数 为 时 , 随着灰 砂配 比 图 为 不 同灰砂配 比 和 固 相质量 分数 、 龄期 的 增加 强度 分别 增 长 了 的 充 填试件电 镜扫描图 像 图 和 ( 为 相 同 固 及 说明 龄期 对强 度 的 影 响最大 , 固相 质量 相 质量 分数 、 不 同 灰 砂配 比 的 充 填试件在 水 化 分数次之 灰砂配 比最 小 后 的 内 部水 化 物状态 由 图 可知 , 前者 内 部 的 柱 状 胶结 充 填体 水化 物 分 析 分析 是 致的 总体 来看 此时 两 者 内 部水 化物 状 强度分析可 知 , 充 填体试件 的 和 强 度 态及 分布大 致相 似 具有 较统 一 的规 律性 而 的 强 度 则 出 现了 较大 图 和 ( 为相 同 灰砂 配 比 、 不 同 固 相 质量 差别 , 不具备同 一 的 规律 , 在保持养 护 条件不 变 的 情 分数 的 充填试件在水 化 后 的 内 部 水化 物 状态 况下 , 这 种现象是 由 内部水化反应 造成 由 图 可 知 , 后 者 内 部的 柱状钙矾石远多 于 前者 , 因 此 采 用 扫 描 电 镜对 灰砂配 比 、 固 后 者的 强度 要高 于前 者 , 这 与 强 度 分析是 一 致的

第9期 付建新等：全尾砂胶结充填体的强度敏感性及破坏机制 ·1155. 由此可见，固相质量分数对强度的影响程度较高，这 与敏感性分析是一致的 4破坏过程与机制 胶结充填体由全尾砂、水泥、水等组成，因此它 的强度是水泥强度、集料强度以及组分之间的相互 钙钒石 作用的函数，具有与混凝土类似的特征.为研究充 填体的破坏过程及机制，选取灰砂配比为1：5，固相 质量分数分别为65%和75%，养护7d的试件为研 究对象，采用YES-2000压力试验机进行抗压强度 试验，如图10所示. CS-H胶凝 钙钒石 图10充填体抗压强度试验 Fig.10 Compressive strength test of the cemented backfill speeimens 图11为固相质量分数分别为65%和75%，养 护7d后的充填试件的载荷-位移曲线.它反映了试 图9充填体试件的扫描电镜照片，()灰砂配比1：4，固相质量 件破坏时的最大载荷及破坏时的位移 分数65%：(b)灰砂配比1：6，固相质量分数65%：（©）灰砂配比 1:4.固相质量分数70% 两个试件的载荷-位移曲线变化趋势基本相 Fig.9 SEM images of the cemented backfills:(a)lime-to-sand 同.由曲线可以看出：开始阶段载荷增加较快，载荷 mass ratio 1:4,slurry concentration 65%:(b)lime-to-sand mass ra- 呈线性增加，载荷位移曲线近似为直线，试件处于弹 tio 1:6.slurry concentration 65%:(c)lime-to-sand mass ratio 1:4. 性形变：一段时间后，曲线呈上凸形增加达到峰值， slurry concentration 70% 试件破坏加剧，处于非弹性形变：曲线由峰值开始下 总体来看，两者内部水化物状态呈现较大的差异 降时，试件破坏不断发展，最终导致完全破坏 14 12 5 10 8 4 000.612182.4303.642 00.61.21.82.43.03.64.248 变形/mm 变形/mm 图11充填体载荷位移曲线.(a)周相质量分数65%：(b)固相质量分数75% Fig.11 Load-displacement curves of the cemented backfills:(a)slurry concentration of 65%;(b)slurry concentration of 75%

第 期 付建新等 ： 全尾 砂胶 结 充 填体 的强 度敏 感性及破 坏 机制 由 此可见 , 固 相 质量分数对强度 的 影响 程度 较高 , 这 匸 二 、 与 敏感 性分析是一 致 的 編程与 机制 “ ‘ 胶结充填体由 全尾 砂 、 水 泥 、 水 等组成 因 此它 的 强度是水 泥 强度 、 集 料强 度 以 及组 分之间 的 相互 《 ％ 女 、 二 作 用 的 函数 , 具有与 混凝土 类似 的 特征 为 研究 充 、 ‘ ‘ 么 難的 破坏过 程及机制 , 舰灰 砂配 比 为 固 相 质量 分数 分别 为 和 养 护 的 试件 为研 ■ 究对 象 , 采 用 压力 试验 机进 行抗 压强 度 试验 細 所示 隱■ 充 稱瓶强 度 试验 ’ 東、 、 , ° 如⑶ 碎“ 图 丨 为 固相 质 量 分数 分 别 为 和 , 养 ‘ 护 后 的 充填试件的 载荷 位移 曲 线 它反 映 了试 图 充填 体 件 的扫 描 电镜 照 片 ⑷ 灰 砂 配 比 固 相质 件破坏时 的 最大 载荷及破坏 时 的 位移 分 数 灰 砂配比 , 固相 质 量 分数 灰砂 配 比 固瀬量 分数 ： 问 由 曲 线 可 以 看 出 ： 开始阶 段载 荷增 加 较 快 , 载 荷 ； 呈 线性增加 , 载荷位移 曲线 近似 为直线 , 试件处 于弹 , ； ： 性形变 ； 一 段时 间 后 , 曲 线 呈上 凸 形 增 加 达 到峰 值 , 试件破 、 加 剧 , 处 于非 弹性 形 变 ； 曲 线 由 峰值开 始下 总 体 来看 , 两 者 内 部 水 化 物状 态 呈 现 较 大 的 差 异 降时 , 试件 破坏 不断 发展 最 终 导致完全 破坏 ： ： 八 ： 广、 ： 变 形 变形 图 充填 体 载荷位 移 曲 线 ( 固相 质量分 数 固 相质 量 分 数 ： ；

·1156· 北京科技大学学报 第36卷 充填抗压强度试验表明，充填体的破坏与岩 态差异最大，主要表现为钙矾石状态的转变.这从 石的破坏具有相似的过程，可将充填体破坏过程 微观角度说明了宏观强度的变化. 划分为四个阶段，如图12所示充填体的全应力- (5)充填体的变形主要由初期压实变形、基体 应变曲线 弹性变形及裂纹扩展产生的非弹性变形组成；充填 体的弹性变形积累和局部应力集中引起材料进一步 的损伤，损伤必将导致材料的各向异性；损伤的主方 向与应力主方向相同：损伤的演化导致充填体最终 产生断裂破坏. 参考文献 [1]Wang X G,Tang K Y.Overview of cut and fill method for mines Express Inf Min Ind,2008,12(12):1 应变 (王湘桂，唐开元.矿山充填法综述.矿业快报，2008,12 图12充填体的应力-应变曲线 (12):1) Fig.12 Stress-strain curve of the cemented backfills [2]Yu R C.Development and innovation of cemented filling technolo- gy in China.China Mine Eng,2010,39(5):1 (1)微裂隙闭合阶段(AB段).此阶段充填体 (于润沧.我国胶结充填工艺发展的技术创新.中国矿山工 内部的裂隙在压力作用下，出现闭合，应力-应变曲 程，2010,39(5)：1) 线表现为下凸形.这个阶段，充填体变形为非线性 [3]Hu H,Sun HH.Development of backfill technology and the new (2)线弹性阶段(BC段).本阶段试件内部孔 backfill process using paste-like material.China Min Mag,2001, 隙周围出现了应力集中，但未达到使充填体中的微 10(6):47 (胡华，孙恒虎.矿山充填工艺技术的发展及似膏体充填新技 缺损产生扩展的量值，因此充填体的应力-应变曲 术.中国矿业，2001,10(6)：47) 线近似为直线段，材料的变形基本满足弹性关系. [4]Benzaazous M,Fall M,Belem T.A contribution to understanding (3)微裂纹扩展阶段(CD段).本阶段充填体 the hardening process of cemented pastefill.Miner Eng,2004,17 (2):141 开始出现非弹性变形，应力-应变曲线开始上凸下 [5]Liu Z X,Li X B.Chaotic optimization of tailings gradation.J Cent 弯，充填体内微缺陷端部的应力场值达到并超过了 South Univ Technol Nat Sci,2005,36(4):683 其极限值，原始损伤开始加剧演化 (刘志祥，李夕兵，尾砂级配的混沌优化.中南大学学报：自 (4)裂纹贯通、破坏阶段(DE段).在本阶段， 然科学版，2005,36(4)：683) 裂纹出现扩展、分叉、绕行和沟通现象，充填体进入 [6]Li D Q,Yang C X,Shi S H.Research of the application of total tailing high density backfilling technology in deep underground 峰值应力后的弱化阶段.逐渐形成主导裂纹，开裂 mine.Met Mine,2009(7):13 方向与主应力方向近于平行，破裂过程主要沿主导 (李冬青，杨承祥，施士虎.全尾砂高浓度充填技术在深井矿 裂纹发展，直到破坏. 山应用研究.金属矿山，2009(7)：13) [7]Fall M,Benzaazous M,Ouellet S.Experimental characterization 5结论 of the influence of tailings fineness and density on the quality of cemented paste backfill.Miner Eng,2005,18(1):41 (1)全尾砂胶结充填体强度与料浆中固相质量 [8]Song W D,Li H F,Lei Y K,et al.Experiment research on the 分数、灰砂配比及养护龄期存在一定的函数定量 performance of cemented whole-tailings filling material in 关系 Chengchao Iron mine.Min Res Dev,2012,32(1):8 (2)相同配比、相同龄期的充填体强度随料浆 (宋卫东，李章风，雷远坤，等。程淅铁矿全尾砂胶结性能实验 中固相质量分数增长遵循y=a,+b,e指数增长规 研究.矿业研究与开发，2012,32(1)：8) [9]Li Y F,Zhang J M,Deng Fei,et al.Experimental study on 律，相同固相质量分数、相同龄期的充填体强度随灰 strength characteristics of tailings cement backfilling at deep-seated 砂配比增长遵循y=a2+b2r线性增长规律，相同灰 mined-out area.Rock Soil Mech,2005,26(6):865 砂配比、相同固相质量分数的充填体强度随着龄期 (李一帆，张建明，邓飞，等。深部采空区尾砂胶结充填体强 增长遵循y=a,+b,e指数增长规律 度物性试验研究.岩土力学，2005,26(6)：865) [10]Deng DQ,Gao Y T,Wu S C,et al.Experimental study of de- (3)养护龄期对充填体强度敏感性的影响最 structive energy dissipation properties of backfill under compicat- 大，固相质量分数次之，灰砂配比的影响最小 ed stress condition.Rock Soil Mech,2010,31(3):737 (4)同一充填体在不同龄期时，内部水化物状 (邓代强，高永涛，吴春川，等.复杂应力下充填体破坏能耗

? 1 1 5 6 ? 北 京 科 技 大 学 学 报 第 卷 充填抗 压 强 度 试验 表 明 , 充 填体 的 破 坏 与岩 态差异最大 , 主 要表现为 钙矾石状态 的 转 变 这从 石 的 破坏 具 有 相似 的 过 程 , 可 将 充填 体破 坏过程 微观角度说 明 了宏观强度的 变化 划 分 为 四 个 阶 段 , 如 图 所 示充 填 体 的 全应 力 ( 充填体的 变形 主要 由 初期压 实变形 、 基体 应变 曲 线 弹性变形及裂纹扩展产生 的 非 弹性 变形组成 ； 充填 体的 弹性变形积累 和 局部应力 集中 引 起材料进一步 的 损 伤 损伤必将导致材料的 各 向异性 ； 损伤的 主方 向 与应力 主方 向相 同 损 伤 的 演化导致充 填体最终 产生断裂 破坏 参 考 文 献 ’ ： 应 变 王 湘 桂 , 唐 开 元 矿 山 充填 法综 述 矿 业 快报 , , 图 充填体的 应力 应变 曲线 ( — 、 ■ 微裂 隙闭 合阶段 ( 仙 段 ) 此 阶段充填体 ( 于润 沧 我国胶 结 充填工 艺发 展 的技 术 创新 中 国 矿山 工 内部的 裂隙 在 压力 作用 下 , 出 现闭 合 , 应力 应变 曲 程 线表现为下凸 形 这个阶段 , 充填体变形为非线 性 线弹 性 阶段 ( 段 ) 本阶 段试件 内 部孑 隙周 围出 现 了应力 集 中 , 但未达到 使充填体 中 隱 ( 胡 华 , 孙 恒虎■ 矿 山充填工艺技 术的 发展及似膏体充填新技 缺损 产生扩展 的 量值 , 因 此充 填体 的 应力 应 变 曲 术 中 国矿业 , ： 线 近似为直线段 , 材料的变形基本满足弹性关系 微裂 纹扩 展 阶段 ( 段 ) 本 阶 段充填体 — 开 始出 现非弹 性 变形 应力 应变 曲 线 开 始 上 凸 下 … ！ 」 , 弯 , 充填体内 微缺 陷 端部的 应 力 场值达 到 并超过了 ： 其极限值 原始损 伤开始加 剧演化 ( 刘 志祥 , 李 夕 兵 尾 砂级配 的 混 沌 优化 中 南 大 学学报 ： 自 裂纹贯通 、 破坏阶段 ( ￡ 段 ) 在 本阶段 , 然科学版 ’ 裂纹出 现扩展 、 分叉 、 绕行 和 沟通现象 充填体进人 峰值应力 后 的 弱 化 阶段 逐渐形成主导 裂纹, 开 裂 方向 与 主应力 方向 近于平 行, 破裂过程 主要沿主 导 ( 李冬青 杨承祥 施 士虎 全尾砂 高 浓度充 填技 术 在深井 矿 裂纹发展 直到破坏 山 应用研究 金属 矿 山 , 结 论 ’ ： 全尾砂胶结充填体强度与料浆 中 固相 质量 分数 、 灰砂 配 比 及 养 护 龄期 存 在 一 定 的 函 数定 量 系 ： 相 同 配 比 、 相 同 龄期 的 充填体强度随 料浆 ( 宋卫东 ’ 李豪风 雷远坤 等 程潮 铁矿全 尾砂胶 结性 能实 验 中 固 相质量分数增长遵循 指 数增长规 ： 律 相 同 固 相质量分数 、 相 同龄期的 充填体强 度 随灰 砂 配 比增长遵循 ■ 线性增 长规律 , 相 同 灰 。 ： 砂 配 比 、 相 同 固相质 量分数 的 充填体强度 随着 龄期 ( 李 一 帆 , 张建明 , 邓 飞 , 等 深部采空 区 尾砂胶结充填体 强 增长遵循 ” 指数增 长规律 度物 性试验研究 岩土 力 学 ’ ： 养 护龄期 对 充填 体强度敏感性 的 影响 最 叫 吨 叫, ° ’ 大 , 固相 质量分数次之, 灰砂配比 的影响 最小 , ： 同 一 充填体 在不 同 龄期 时 , 内 部水化物 状 ( 邓 代强 , 高 永涛 , 吴春川 , 等 复 杂 应力下 充填体破坏能耗

第9期 付建新等：全尾砂胶结充填体的强度敏感性及破坏机制 .1157· 试验研究.岩土力学，2010,31(3)：737) (1):35 [11]Zhu L P,Ni W,Huang D,et al.Whole-tailings backfilling ma- (张超，杨春和，白世伟.尾矿料的动力特性试验研究.岩土 terials with fly ash.J Univ Sci Technol Beijing,2011,33(10): 力学，2006,27(1)：35) 1190 [13]Yang B G,Sun HH,Shan R L.Impact properties of high water (祝丽萍，倪文，黄迪，等.粉煤灰全尾砂胶结充填料.北京 material solidifying backfill body.J China Coal Soc,1999,24 科技大学学报，2011,33(10)：1190) (5):485 [12]Zhang C,Yang C H,Bai S W.Experimental study on dynamic (杨宝贵，孙恒虎，单仁亮。高水固结充填体的抗冲击特性 characteristics of tailings material.Rock Soil Mech,2006,27 煤炭学报，1999,24(5)：485)

第 期 付建新等 ： 全尾砂胶结充填体 的强度敏 感性及破坏机制 试验研究 岩土力 学 , , 张超 , 杨春和 , 白 世 伟 尾矿 料的 动 力 特性试 验研究 岩土 , ： 力 学 , ： , 祝丽萍 , 倪 文, 黄迪 , 等 粉煤 灰全 尾砂胶结充填料 北 京 , 科技大学学报 , ： ： 杨宝贵 , 孙恒虎 , 单仁亮 ■ 髙水 固结充 填体 的抗 冲 击特性 ’ 煤炭学报 ,