554 工程科学学报，第43卷，第4期 每一个试件的应力-应变曲线，不同PE粉掺量以 及不同龄期试件的应力-应变曲线如图3所示 从图3可以看出PE粉的掺入明显改变了高水 材料的应力-应变曲线特征.曲线均包含孔隙压 密、弹性变形、屈服和破坏四个阶段，但与纯高水 材料相比，改性高水材料在这四个阶段表现出不 同的特征 孔隙压密阶段：纯高水材料孔隙压密阶段较 为明显，且不随养护龄期的改变而改变，表明纯高 水材料内部的孔隙结构一直存在，只是在不同时 期孔隙大小和数量不同：而改性高水材料在养护 龄期为3d和7d时，孔隙压密阶段不明显，养护 14d以后以及28d时，该阶段较为明显，这是由于 图2DSJ-3型等应变直剪仪 养护前期PE粉的摻人适当地填充了原纯高水材 Fig.2 Photograph of DSJ-3isostrain direct shear instrument 料之间的孔隙，使得孔隙的数量以及空间得到减 2试验结果与分析 小.而随着养护时间的增长，PE粉吸水软化从而 导致充填效果降低，大量的孔隙空间增长表现为 2.1单轴压缩试验结果 试件加载过程中孔隙压密阶段的呈现 高水材料用于煤矿井下充填时，常受到煤层 弹性变形阶段：纯高水材料以及PE粉掺量较 顶、底板之间的挤压作用，因此使得充填体的受力 少时，该阶段的曲线较明显而且范围较长：PE粉 情况为单轴荷载，沿空留巷的充填体更是如此.因 掺量较多时，该阶段的曲线特征不明显且范围较 此对于高水充填材料或者摻杂改性的高水充填材 短，改性材料试件E尤为明显 料的单轴压缩试验尤为重要 屈服阶段：该阶段的试件出现了明显的破裂 2.1.1应力-应变曲线 面，且破裂不断发展，PE粉的摻量较大时，试件的 实验过程中，可由ETM力学试验机直接获得 破坏发生迅速，表现为该阶段的曲线峰值点低、抗 1.4 1.6 (a) C (b) 1.2 1.4 C --D -D 1.0 E 12 E 0.8 一F -G 0.6 0.4 影o6 .4 0.2 0 0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.05 0.10 0.15 0.20 Strain Strain 2.0 2.8 1.8 (c) (d) -C 1.6 2.4 ■"■D 14 20 -E C 一F 0 1.6 ■j 0.8 ■ E 1.2 0.6 2 0.8 0.4 ■j 0.2 0.4 0 0.05 0.10 0.15 0.20 0 0.05 0.10 0.15 Strain Strain 图3 不同养护龄期的掺PE粉高水材料单轴压缩应力-应变曲线.(a)3d:(b)7d:(c)14d:(d)28d Fig.3 Uniaxial compressive stress-strain curves of PE-powder-doped high-water materials with different curing ages:(a)3 d;(b)7 d;(c)14 d;(d)28 d2    试验结果与分析 2.1    单轴压缩试验结果 高水材料用于煤矿井下充填时，常受到煤层 顶、底板之间的挤压作用，因此使得充填体的受力 情况为单轴荷载，沿空留巷的充填体更是如此. 因 此对于高水充填材料或者掺杂改性的高水充填材 料的单轴压缩试验尤为重要. 2.1.1    应力–应变曲线 实验过程中，可由 ETM 力学试验机直接获得 每一个试件的应力–应变曲线，不同 PE 粉掺量以 及不同龄期试件的应力–应变曲线如图 3 所示. 从图 3 可以看出 PE 粉的掺入明显改变了高水 材料的应力–应变曲线特征. 曲线均包含孔隙压 密、弹性变形、屈服和破坏四个阶段，但与纯高水 材料相比，改性高水材料在这四个阶段表现出不 同的特征. 孔隙压密阶段：纯高水材料孔隙压密阶段较 为明显，且不随养护龄期的改变而改变，表明纯高 水材料内部的孔隙结构一直存在，只是在不同时 期孔隙大小和数量不同；而改性高水材料在养护 龄期为 3 d 和 7 d 时，孔隙压密阶段不明显，养护 14 d 以后以及 28 d 时，该阶段较为明显，这是由于 养护前期 PE 粉的掺入适当地填充了原纯高水材 料之间的孔隙，使得孔隙的数量以及空间得到减 小. 而随着养护时间的增长，PE 粉吸水软化从而 导致充填效果降低，大量的孔隙空间增长表现为 试件加载过程中孔隙压密阶段的呈现. 弹性变形阶段：纯高水材料以及 PE 粉掺量较 少时，该阶段的曲线较明显而且范围较长；PE 粉 掺量较多时，该阶段的曲线特征不明显且范围较 短，改性材料试件 E 尤为明显. 屈服阶段：该阶段的试件出现了明显的破裂 面，且破裂不断发展，PE 粉的掺量较大时，试件的 破坏发生迅速，表现为该阶段的曲线峰值点低、抗 图 2    DSJ–3 型等应变直剪仪 Fig.2    Photograph of DSJ–3 isostrain direct shear instrument 0 0.05 0.10 0.15 C (a) D E F G 0.20 0 1.4 C D E F G C D E F G C D E F G Stress/MPa Strain 1.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 0.05 0.10 0.15 (b) 0.20 0 1.6 1.4 Stress/MPa Strain 1.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 0.05 0.10 0.15 (c) 0.20 0 2.0 1.4 1.6 1.8 Stress/MPa Strain 1.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 0.05 0.10 (d) 0.15 0 2.8 2.4 Stress/MPa Strain 2.0 0.4 0.8 1.2 1.6 图 3    不同养护龄期的掺 PE 粉高水材料单轴压缩应力–应变曲线. （a）3 d；（b）7 d；（c）14 d；（d）28 d Fig.3    Uniaxial compressive stress–strain curves of PE-powder-doped high-water materials with different curing ages: (a) 3 d; (b) 7 d; (c) 14 d; (d) 28 d · 554 · 工程科学学报，第 43 卷，第 4 期