第2期 邓代强等：水泥尾砂充填体劈裂拉伸破坏的能量耗散特征 ·147。 表1各配比下破坏的能量耗散实验数据平均值 Table 1 Average testing values of energy dissipation of back fill at the different ratios 平均抗拉 破坏功， 单位面积破坏能量 单位体积破坏能量 单位质量破坏能量 编号 强度/MPa J∥(N·m) 耗散/（小am一） 耗散/(cm一) 耗散（小~g) EL 00443 0071585 0003503 0.000887 000057 DL 01240 0196790 0009123 0002295 000137 CL 01690 0.267435 0010887 0.002645 000158 BL 02250 0449898 0017975 0004037 000224 AL 03300 0522866 0024383 0.006292 000390 渐增大，其中14的试件单位面积破坏的能量耗散 从图5看到，三种破坏的能量耗散与水泥的质 是16试件的1.36倍，16的试件单位面积破坏的 量分数成二次函数关系，表达通式为=中n2十 能量耗散是18试件的1.65倍，18的试件单位面 S十wm,通过实测数据回归计算和统计分析得到 积破坏的能量耗散是110试件的1.19倍，110的 各因素实验常数中、和ω的值，见表2. 试件单位面积破坏的能量耗散是115试件的2.6 表2各因素实验常数 倍.单位体积破坏的能量耗散和单位质量破坏的能 Table 2 Experimental constants of factors 量耗散也随着水泥含量（配比）的增加而增大，表中 实验常数 数据显示1cm3的110试件破坏要比115试件破 破坏能量耗散因素 央 四果 坏多作0.001408J的功，1cm3的18试件破坏要比 单位面积破环能量耗散 -029060.2300 -00098 110试件破坏多作000035J的功，而单位体积的 单位体积破坏能量耗散 00068 00368 -00014 14和16试件破坏则分别要比下一配比多消耗 单位质量破坏能量耗散 0.0430 0.0121 -00003 0.0013920.002255J的功.随着水泥含量（配比） 的增加，单位质量破坏的能量耗散也逐渐加大.对 代入公式得到单位面积破坏的能量耗散5、单 于体积相同的不同水泥含量试件，破坏单个14、1： 位体积破坏的能量耗散2、单位质量破坏的能量耗 6、18、110、1·15试件平均需要作功分别为 散53与水泥质量分数的关系式分别为： 0.00390.0.00224,0.00158.000137和0.00057J. 5,=-0.29062+0235-00098.r=09951 实验说明要使充填体处于稳定状态，就需要掌握充 (10) 填体的破坏能量耗散参数，通过调节水泥含量来控 52=0.00682+0.03685-00014,r=09971 制破坏能量耗散，预防充填体处于不利的受力环境. (11) 为了对充填体破坏能量耗散作正确的预测和估 53=004352+0.0121S-0.0003.r=0.9958 算，文中采用数据拟合法，对破坏能量耗散实验数据 (12) 进行统计回归，得到了不同水泥含量条件下试件破 三个拟合公式中的相关系数r远大于0.8，能 坏能量耗散实验值的拟合曲线，并给出了相应的拟 够很好地满足精度要求，拟合公式和原实验值的拟 合公式见图5. 0.030r 合程度高，拟合效果良好，能量耗散实验具有规律 单位面积破坏能量耗散0·cm) 0.025 ■单位体积破坏能量耗散0cm)5=中52+g5@, 性，可为研究充填体劈裂破坏能量耗散提供理论依 ▲单位质量破坏能量耗散（仃·g) 0.020 一拟合值 据. ￥0.015 5=452+425- 4结论 器0.010 5=452+45-0 0.005 特大型采场矿房开采过程中侧帮冒落时常困扰 着采矿工作者，给矿柱的回采及充填体稳定造成十 5 10 15 20 25 干料中水泥质量分数% 分不利的影响.矿房上部片帮或局部垮落，充填后 充填体必将呈倒梯形.随着矿柱的回采，上部充填 图5破坏能量耗散与干料中水泥含量关系曲线 体将处于拉应力状态.由实验结果可知，充填体抗 Fig.5 Relation curves between destroy energy dissipation and ce- 拉强度较小，拉伸条件下充填体稳定性差，矿柱回采 ment content in dry mixed materials 时尾砂混入率增大甚至危及安全生产.所以在矿房表 1 各配比下破坏的能量耗散实验数据平均值 Table 1 Average t esting values of energy dissipation of back fill at the different ratios 编号 平均抗拉 强度/ MPa 破坏功, J/ ( N·m) 单位面积破坏能量 耗散/ ( J·cm -2 ) 单位体积破坏能量 耗散/ ( J·cm -3 ) 单位质量破坏能量 耗散/ ( J·g -1 ) EL 0.044 3 0.071 585 0.003 503 0.000 887 0.000 57 DL 0.124 0 0.196 790 0.009 123 0.002 295 0.001 37 C L 0.169 0 0.267 435 0.010 887 0.002 645 0.001 58 BL 0.225 0 0.449 898 0.017 975 0.004 037 0.002 24 AL 0.330 0 0.522 866 0.024 383 0.006 292 0.003 90 渐增大, 其中 1∶4 的试件单位面积破坏的能量耗散 是 1∶6 试件的 1.36 倍, 1∶6 的试件单位面积破坏的 能量耗散是 1∶8 试件的 1.65 倍, 1∶8 的试件单位面 积破坏的能量耗散是 1∶10 试件的 1.19 倍, 1∶10 的 试件单位面积破坏的能量耗散是 1∶15 试件的 2.6 倍.单位体积破坏的能量耗散和单位质量破坏的能 量耗散也随着水泥含量( 配比)的增加而增大, 表中 数据显示 1 cm 3 的 1∶10 试件破坏要比 1∶15 试件破 坏多作0.001 408 J 的功, 1cm 3 的 1∶8 试件破坏要比 1∶10 试件破坏多作 0.000 35 J 的功, 而单位体积的 1∶4 和 1∶6 试件破坏则分别要比下一配比多消耗 0.001392 、0.002 255 J 的功 .随着水泥含量(配比) 的增加, 单位质量破坏的能量耗散也逐渐加大.对 于体积相同的不同水泥含量试件, 破坏单个 1∶4 、1∶ 6 、1 ∶8 、1∶10 、1∶15 试 件平均需要作功分 别为 0.003 90, 0.002 24, 0.001 58, 0.001 37 和 0.000 57 J . 实验说明要使充填体处于稳定状态, 就需要掌握充 填体的破坏能量耗散参数, 通过调节水泥含量来控 制破坏能量耗散, 预防充填体处于不利的受力环境 . 图 5 破坏能量耗散与干料中水泥含量关系曲线 Fig.5 Relation curves between destroy energy dissipation and ce￾ment content in dry mixed materials 为了对充填体破坏能量耗散作正确的预测和估 算, 文中采用数据拟合法, 对破坏能量耗散实验数据 进行统计回归, 得到了不同水泥含量条件下试件破 坏能量耗散实验值的拟合曲线, 并给出了相应的拟 合公式, 见图 5 . 从图 5 看到, 三种破坏的能量耗散与水泥的质 量分数成二次函数关系, 表达通式为 ξn = nζ2 + ψnζ+ωn, 通过实测数据回归计算和统计分析得到 各因素实验常数 、ψ和 ω的值, 见表 2 . 表 2 各因素实验常数 Table 2 Experimental constants of factors 破坏能量耗散因素 实验常数 n ψn ωn 单位面积破坏能量耗散 -0.290 6 0.230 0 -0.009 8 单位体积破坏能量耗散 0.006 8 0.036 8 -0.001 4 单位质量破坏能量耗散 0.043 0 0.012 1 -0.000 3 代入公式得到单位面积破坏的能量耗散 ξ1 、单 位体积破坏的能量耗散 ξ2 、单位质量破坏的能量耗 散 ξ3 与水泥质量分数 ζ的关系式分别为: ξ1 =-0.290 6 ζ2 +0.23 ζ-0.009 8, r =0.995 1 ( 10) ξ2 =0.006 8 ζ2 +0.036 8 ζ-0.001 4, r =0.997 1 ( 11) ξ3 =0.043ζ2 +0.012 1ζ-0.000 3, r =0.995 8 ( 12) 三个拟合公式中的相关系数 r 远大于 0.8, 能 够很好地满足精度要求, 拟合公式和原实验值的拟 合程度高, 拟合效果良好, 能量耗散实验具有规律 性, 可为研究充填体劈裂破坏能量耗散提供理论依 据 . 4 结论 特大型采场矿房开采过程中侧帮冒落时常困扰 着采矿工作者, 给矿柱的回采及充填体稳定造成十 分不利的影响.矿房上部片帮或局部垮落, 充填后 充填体必将呈倒梯形 .随着矿柱的回采, 上部充填 体将处于拉应力状态 .由实验结果可知, 充填体抗 拉强度较小, 拉伸条件下充填体稳定性差, 矿柱回采 时尾砂混入率增大甚至危及安全生产.所以在矿房 第 2 期 邓代强等:水泥尾砂充填体劈裂拉伸破坏的能量耗散特征 · 147 ·