[发明专利]不同纤维作用下纤维增强充填体的力学特性分析方法

说明书

本公开了一种不同纤维作用下纤维增强充填体的力学特性分析方法，包括步骤一、制备充填体试样；二、对充填体试样进行养护；三、测量充填体试样的重量、长度、宽度和高度；四、对充填体试样进行单轴抗压强度测试；五、对充填体试样的抗压强度测试结果进行计算分析；六、建立纤维增强充填体的损伤本构模型。本发明通过制备不同纤维作用下的纤维增强充填体试样，并进行单轴抗压强度测试分析，建立纤维增强充填体的损伤本构模型，模型合理有效，能够有效适用于不同纤维增强充填体本构关系中，对矿山充填开采工程设计与分析具有很好的参考价值，能够为提高尾砂胶结充填体材料稳定性，保障矿山采空区充填效果奠定理论基础，效果显著，便与推广。

技术领域

本发明属于矿山充填开采技术领域，具体涉及一种不同纤维作用下纤维增强充填体的力学特性分析方法。

背景技术

随着矿产资源不断地被开发利用，地下矿产资源储量日趋减少，埋藏深度浅、围岩稳固、品位高的矿产资源已被开采殆尽。随着采矿工作向深部开展，受高地应力的影响，围岩稳定性差，充填采矿法成为了保障井下安全开采的首选。因此，充填体的力学特性是工程技术人员非常关心的核心问题，其力学特性受多种因素影响，比如基质材料、灰砂配比、外加增强剂等。

外加增强剂是增强充填体稳定性的有利手段之一，其中纤维是一种非常有效的增强剂，纤维不仅能增强充填体的强度，而且还能让充填体在应力峰值后保持一定的抗压能力而不被破坏。

现有技术中，薛改利研究了掺纤维尾砂充填体的抗压力学特性，表明掺纤维充填体具有“裂而不碎”的特征，并从微观角度揭示了纤维增强作用机理；Xu等研究了温度对纤维增强尾砂胶结充填体抗压强度的影响，发现抗压强度随着纤维含量的增加而增加，但当掺入0.15％的纤维时，无论温度如何，抗压强度都会降低；Cao等用三种不同类型纤维对充填体的强度、韧性和微观结构特性进行了实验研究，结果表明不同纤维类型和不同纤维含量的加入使充填体的韧性发生显著变化，纤维含量影响充填体的强度性能；邓友生等研究了不同长度的聚丙烯腈纤维对膨胀土强度的影响规律，研究发现膨胀土的强度随着纤维长度的增加而增加。通过大量试验研究表明，纤维是可以增强充填体强度的，其中影响因素有纤维的类型、含量及纤维长度等。

但是，现有的损伤本构模型不能理想地描述纤维增强充填体的峰后应力变化特征，因而，也不能通过理论模型分析和评估不同纤维作用下纤维增强充填体的力学特性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种不同纤维作用下纤维增强充填体的力学特性分析方法，其方法步骤简单，设计合理，实现方便。通过制备不同纤维作用下的纤维增强充填体试样，并进行单轴抗压强度测试，对测试结果计算分析，建立纤维增强充填体的损伤本构模型，模型合理有效，能够有效适用于不同纤维增强充填体本构关系中，对矿山充填开采工程设计与分析具有很好的参考价值，能够为提高尾砂胶结充填体材料稳定性，保障矿山采空区充填效果奠定理论基础，效果显著，便与推广。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种不同纤维作用下纤维增强充填体的力学特性分析方法，包括以下步骤：

步骤一、制备充填体试样，所述充填体试样包括无纤维充填体试样、聚丙烯腈纤维增强充填体试样、玻璃纤维增强充填体试样、聚丙烯腈与玻璃混合纤维增强充填体试样；

步骤二、对所述充填体试样进行养护；

步骤三、测量所述充填体试样的重量、长度、宽度和高度；

步骤四、对所述充填体试样进行单轴抗压强度测试；

步骤五、对所述充填体试样的抗压强度测试结果进行计算分析；

步骤六、建立纤维增强充填体的损伤本构模型。