一种全尾砂充填体抗剪切强度的计算方法技术

本发明专利技术涉及一种全尾砂充填体抗剪切强度的计算方法，属于矿业工程技术领域。本发明专利技术设置应变控制式直剪仪的剪切速率V，确定剪切盒半径r和测力环系数C，制备全尾砂充填体试件，对全尾砂充填体试件进行直剪试验，记录剪切时间T和测力环读数M，计算出剪切位移L；将动态变化的有效剪切面积S

【技术实现步骤摘要】
一种全尾砂充填体抗剪切强度的计算方法


[0001]本专利技术涉及一种全尾砂充填体抗剪切强度的计算方法，属于矿业工程


技术介绍

[0002]近年来，充填采矿法因具有控制地表沉降、维护采场稳定性、实现废弃尾砂二次利用等优势，在金属矿山绿色开采中得到了广泛的应用。充填采矿其关键技术在于充填体的强度，大量的现场勘察表明，充填体破环失稳多是由于其抗剪强度不足导致的剪切破坏。
[0003]目前充填体抗剪强度的获取多采用传统的直剪实验，即通过电动(手动)直剪仪得到试件破坏时的抗剪强度，利用摩尔
‑
库伦准则绘制抗剪强度τ与法向应力σ的关系曲线，进一步计算得到抗剪强度指标黏聚力c及内摩擦角传统直剪试验因未考虑随着剪切的进行，充填体剪切面积动态变化不断变小的问题，致使所获取的抗剪强度及其指标黏聚力c、内摩擦角与真实值存在一定的误差。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对充填体抗剪强度测试时其指标黏聚力c、内摩擦角与真实值存在较大误差的问题，提出了一种全尾砂充填体抗剪切强度的计算方法，即通过考虑直剪实验中剪切面积的动态变化，采用积分法计算剪切面积动态变化的充填体抗剪强度及黏聚力c、内摩擦角值。
[0005]一种全尾砂充填体抗剪切强度的计算方法，具体步骤如下：
[0006](1)设置应变控制式直剪仪的剪切速率V，确定剪切盒半径r和测力环系数C；根据《JJG144
‑
2007标准测力仪检定规程》对测力环系数进行标定；
[0007](2)制备全尾砂充填体试件：
[0008]1)对全尾砂充填体试件所需材料进行取样，并对尾砂物理性质和化学成分进行分析；
[0009]2)根据剪切盒尺寸，制备试件，养护3d后分别在100kPa、200kPa、300kPa、400kPa法向应力下进行直剪实验，为降低实验误差，每组进行3个平行试验，最后对剪切应力选取平均值；
[0010](3)对全尾砂充填体试件进行直剪试验，记录剪切时间T和测力环读数M，计算出剪切位移L；
[0011](4)将动态变化的有效剪切面积S
E
带入抗剪强度τ的表达式中，得出考虑剪切面积动态变化的抗剪强度表达式τ
E
，通过剪切时间T和测力环读数M计算出试件考虑剪切面积动态变化的充填体抗剪强度τ
E
；
[0012](5)绘制抗剪强度τ
E
‑
法向应力σ的关系曲线，通过摩尔
‑
库伦准则计算出黏聚力c和内摩擦角值。
[0013]所述步骤(1)剪切速率V的设置以使全尾砂充填体试件在5～8min内剪断；
[0014]根据直剪仪型号确定剪切盒半径r；
[0015]所述步骤(3)剪切位移L为
[0016]L＝V
·
T
[0017]式中：V为剪切速率(mm/min)，T为剪切时间(min)。
[0018]所述步骤(4)抗剪强度τ的表达式为
[0019][0020]式中：τ为抗剪强度，C为测力环系数，M为测力环读数，S
E
为有效剪切面积；
[0021]动态变化的有效剪切面积S
E
通过积分法确定；
[0022]如图2所示，O1、O2距离为剪切位移L，剪切盒半径为r，以O1为原点建立直角坐标系，通过积分法确定动态变化的有效剪切面积S
E
：
[0023][0024]化简得：
[0025][0026]式中：S
E
为动态变化的有效剪切面积，r为剪切盒半径，L为剪切位移；
[0027]考虑剪切面积动态变化的充填体抗剪强度τ
E
为、
[0028][0029]式中：V为剪切速率，T为剪切时间，C为测力环系数，M为测力环读数，S
E
为有效剪切面积。
[0030]所述摩尔
‑
库伦准则为
[0031][0032]式中：τ
E
为考虑剪切面积动态变化的充填体抗剪强度，σ为法向应力，为内摩擦角，c为黏聚力。
[0033]本专利技术的有益效果是：
[0034](1)本专利技术针对传统直剪试验中未考虑剪切面积的动态变化对充填体抗剪强度计算结果的影响，通过考虑直剪实验中剪切面积的动态变化，采用积分法计算剪切面积动态变化的充填体抗剪强度及黏聚力c、内摩擦角值，本专利技术方法与传统抗剪强度的计算方法得出的充填体抗剪强度误差较大，高达8.2～12.36％；
[0035](2)本专利技术方法具有计算简单，待定参数少，结果可靠等优点，可为全尾砂充填体抗剪强度及其指标c、值的计算提供更准确的结果。
附图说明
[0036]图1为直剪实验中剪切面积动态变化示意图；
[0037]图2为积分法计算动态变化的剪切面积示意图；
[0038]图3为100kPa法向应力下本方法与传统方法的剪切应力
‑
剪切位移关系对比曲线
图；
[0039]图4为200kPa法向应力下本方法与传统方法的剪切应力
‑
剪切位移关系对比曲线图；
[0040]图5为300kPa法向应力下本方法与传统方法的剪切应力
‑
剪切位移关系对比曲线图；
[0041]图6为400kPa法向应力下本方法与传统方法的剪切应力
‑
剪切位移关系对比曲线图；
[0042]图7为实施例2与传统方法的抗剪强度
‑
法向应力关系对比曲线图。
具体实施方式
[0043]下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。
[0044]实施例1：一种全尾砂充填体抗剪切强度的计算方法，具体步骤如下：
[0045](1)设置应变控制式直剪仪的剪切速率V，确定剪切盒半径r和测力环系数C；剪切速率V的设置以使全尾砂充填体试件在5～8min内剪断；根据直剪仪型号确定剪切盒半径r；根据《JJG144
‑
2007标准测力仪检定规程》对测力环系数进行标定；
[0046](2)制备全尾砂充填体试件：
[0047]1)对全尾砂充填体试件所需材料进行取样，并对尾砂物理性质和化学成分进行分析；
[0048]2)根据剪切盒尺寸，制备试件，养护3d后分别在100kPa、200kPa、300kPa、400kPa法向应力下进行直剪实验，为降低实验误差，每组进行3个平行试验，对剪切应力选取平均值；
[0049](3)对全尾砂充填体试件进行直剪试验，记录剪切时间T和测力环读数M，计算出剪切位移L：
[0050]L＝V
·
T
[0051]式中：V为剪切速率(mm/min)，T为剪切时间(min)；
[0052](4)将动态变化的有效剪切面积S
E
带入抗剪强度τ的表达式中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全尾砂充填体抗剪切强度的计算方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)设置应变控制式直剪仪的剪切速率V，确定剪切盒半径r和测力环系数C；(2)制备全尾砂充填体试件；(3)对全尾砂充填体试件进行直剪试验，记录剪切时间T和测力环读数M，计算出剪切位移L；(4)将动态变化的有效剪切面积S
E
带入抗剪强度τ的表达式中，得出考虑剪切面积动态变化的抗剪强度表达式τ
E
，通过剪切时间T和测力环读数M计算出试件考虑剪切面积动态变化的充填体抗剪强度τ
E
；(5)绘制抗剪强度τ
E
‑
法向应力σ的关系曲线，通过摩尔
‑
库伦准则计算出黏聚力c和内摩擦角值。2.根据权利要求1所述全尾砂充填体抗剪切强度的计算方法，其特征在于：步骤(1)剪切速率V的设置以使全尾砂充填体试件在5～8min内剪断。3.根据权利要求1所述全尾砂充填体抗剪切强度的计算方法，其特征在于：步骤(3)剪切位移L为L＝V
·
T式中：V为剪切速率(mm/m...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙伟，高通，卢开放，赵建光，刘增，李兆宇，姜明归，樊锴，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：