Page 59 - 《应用声学》2020年第4期
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第 39 卷 第 4 期        赵奎等: 不同浓度的尾砂胶结充填体破坏过程声发射特性试验研究                                          545


             1.2 试验系统及设置                                       渐减小,但仍具有一定的承载能力。
                 试验力学系统为中国科学院武汉岩土力学研                               3 种不同浓度的充填体试件力学参数见表 1。
             究所研制的 RMT-150C 岩石力学加载系统,采用位                       A、B、C 三组试件平均峰值强度分别为 1.654 MPa、
             移加载模式,加载速率为 0.002 mm/s。声发射系统                      1.890 MPa、2.680 MPa, 平均 弹 性 模 量 分 别 为
             采用美国物理声学公司 (PAC) 研制的 PCI-II 型声                    0.152 GPa、0.180 GPa、0.274 GPa。说明质量浓
             发射仪,声发射传感器为 UT-1000 型,前置放大器                       度越大,充填体胶结性越好,微孔隙和微裂纹数量越
             增益为 40 dB,门槛值为 40 dB,采样率为 1 MSPS,                 少,峰值强度越大,弹性模量也越大。各试件峰值应
             采样长度为1000。                                        变在 0.014 ∼ 0.020 之间。浓度越大,峰值应变整体
                                                               呈减小趋势。
             2 力学特性
                                                                      3.0
                                                                                    C    C3
                 单轴压缩下不同浓度充填体典型的应力 -应变                                2.5
                                                                              B      B3
             曲线见图 2。以试件 C3 为例,充填体受压破坏过程                               2.0                            D
             可分为 4 个阶段:OA 段为压密阶段,充填体处于加                             ऄҧ/MPa  1.5
             载初期,曲线呈下凹状,此时充填体内部微孔隙和                                                   A3
                                                                      1.0
             微裂纹逐步被压实;AB 段为弹性阶段,此阶段应                                      A                   68% (A3)
                                                                                              70% (B3)
                                                                      0.5                     72% (C3)
             力 -应变曲线近似线性增长,随着充填体浓度的增
                                                                      0.0
             加,弹性阶段表现更为明显;BC 段为屈服阶段,曲                                   0      0.01   0.02    0.03    0.04
                                                                                     ᣉՔऄԫ
             线段呈上凸状,曲线斜率随应力增加逐渐减小为零,
             此阶段充填体发生塑性变形,并且充填体的浓度越                                  图 2  不同浓度充填体典型的应力 -应变曲线
             大,屈服应力也越大;CD 段为峰后破坏阶段,该曲                             Fig. 2 Typical stress-strain curve of backfill with
             线段斜率变为负值并持续减小,充填体承载能力逐                               different concentrations


                                            表 1  不同浓度充填体力学参数试验结果
                   Table 1 Test results of mechanical parameters of backfill with different concentrations

                             A 组 -68% 浓度                   B 组 -70% 浓度                   C 组 -72% 浓度
             试件编号
                    峰值强度/MPa 峰值应变 弹性模量/GPa 峰值强度/MPa 峰值应变 弹性模量/GPa 峰值强度/MPa 峰值应变 弹性模量/GPa
                1      1.627    0.017    0.154       1.799    0.015    0.177       2.782    0.014    0.286
                2      1.598    0.018    0.151       1.866    0.015    0.209       2.617    0.020    0.231

                3      1.692    0.019    0.151       2.006    0.017    0.155       2.641    0.016    0.306
              平均值      1.654    0.018    0.152       1.890    0.016    0.180       2.680    0.017    0.274

                                                               布更均匀,结构更加致密,其峰值强度也越大;同时
             3 声发射基本参数特征
                                                               充填料浆离析减少,使试件内部颗粒组成数量相对
             3.1 声发射振铃计数                                       更多,其颗粒胶结链接总数也越多,导致其破坏产生
                 声发射振铃计数反映信号强度与频度,用于破                          的微裂纹数量也越多,声发射峰值累计振铃计数也
             裂源的活动性评价         [15] 。以 A3、B3 与 C3 为例,得到         越多。
             试件峰值强度及峰值累计振铃计数随浓度关系,具                                分析不同浓度试件在各阶段的声发射累计振
             体见图 3。由图 3 可知,随着浓度的增加,充填体峰                        铃计数变化关系,具体见图4。不同浓度充填体在压
             值强度及声发射累计振铃计数都呈增大趋势,说明                            密、弹性与屈服阶段的声发射累计振铃计数的变化
             质量浓度越大,骨料沉降速度降低,使其内部颗粒分                           趋势基本一致。由于声发射振铃计数与加载过程中
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