进行防水处理，其粘 贴方法、防潮处理措施与步骤S3相同；
[0039] S5、将处理好的岩柱试件置于方形侧限钢板模具中间位置，将按设计制备好的充 填料浆充入钢板模具中，并将提前处理好的与充填料浆配比相配套的电阻应变片模块按照 实验装置设计的方向和位置埋入充填体内，待充填料浆充满钢板模具后，刮平表面，并将应 变片连接的导线按要求引领好，并作以标记，最后将制好试件放入恒温恒湿养护箱养护28 天；
[0040] S6、充填体-岩柱系统试件按设计龄期进行养护后，由养护箱内取出，按试验要求 将内埋应变片引出导线与应变仪连接，连接前须再次检测电阻值，以确保试验顺利进行；
[0041] S7、试验系统连接完成后，检查连接线路，按试验要求在WAW2000型液压伺服万能 试验机上分组进行有侧限条件下单轴压缩加载试验。
[0042]试验结果分析
[0043] 1)岩柱试件常规单轴压缩试验
[0044] 在WAW2000液压伺服万能试验机试验平台上依次对Y-1-Y-5号岩石试件按常规试 验要求进行单轴抗压强度试验。图2为岩石试样单轴抗压试验全程应力应变曲线，由图可以 看出应力应变曲线先后经历压密弹性变形阶段、裂隙发生扩展阶段、岩石破坏后区阶段。应 力达到峰值时试件破坏，之后试件压缩产生的裂隙逐渐贯通，直至完全破坏。
[0045]经分析计算，试验岩石试件的力学参数见表2。
[0046]表2试验岩石抗压强度 [OOf1
[0048] 2)全尾砂胶结充填体-岩柱系统有侧限单轴加载试验
[0049] (1)试验力与位移关系曲线
[0050]充填体-岩柱实验系统在有侧限单轴加载条件下，岩柱试件和胶结充填体受力破 坏过程先后经历岩柱试件承载阶段、充填体承载阶段、充填体和岩体共同承载阶段，如图3 所示。
[0051]第一阶段，试验初期岩石试件内部原始的损伤裂隙逐渐闭合密实，曲线成内凹状 发展;随着荷载的加载试验力与位移成线性关系。0A阶段，岩石试件为主要承载体，随着荷 载的不断增加，在四周钢板的侧限条件下，充填体-岩柱系统空间体积逐渐减小，充填体内 部裂隙、气泡等原始"空间"逐步处于压实状态，同时岩石试件产生径向压缩变形和垂直径 向的横向变形，致使充填体空间进一步压缩，从而产生对岩石的反作用力。在充填体作用条 件下，岩石试件承载能力大大增强，在该阶段岩石试件为主要承载体。AB阶段为岩石试件的 破坏阶段。随着荷载的增加，系统承载道到A点，岩石试件产生破坏，但在充填体紧密包裹状 态下，岩石试件依然承载，试验力值随位移的增加而进一步增大，直至破坏峰值B点。之后， 岩柱承载能力变小，在充填体挤压作用下岩柱反复破坏，在此加载试验过程中，岩柱每次破 坏均爆出响声。最终岩柱完全破坏，破坏岩柱试件生产与轴向一致的宏观裂纹，试验力卸载 至C点，丧失自身承载能力。
[0052]第二阶段，岩柱完全破坏后充填体立即起到主要承载作用，该阶段(CD)试验力与 位移总体上呈线性发展，充填体处于弹性变形阶段，在此过程中充填体受压局部产生细小 裂纹破坏，同时和已破坏的破碎岩柱共同作用，这些小的裂隙逐步融会贯通发育成由中心 向四周放射状的宏观裂纹，当峰值荷载达到D点时，充填体完全破坏。
[0053]第三阶段(DE)，该阶段压缩破坏后的充填体和破坏的岩柱在侧限条件下处于压缩 致密的"散体"状态，此时二者共同受力，支撑顶部钢板的下移。
[0054]表3充填体-岩柱系统有侧限条件加载试验数据
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[0
[0057] 由表3数据可知，充填体包裹条件下岩柱承载能力显著加强，充填体-岩柱系统承 载过程中相互作用，随充填体浓度和灰砂比的提高，系统承载能力随之增强。
[0058] (2)充填体轴向应变与岩柱轴向应变关系曲线
[0059] 试验过程中，系统内埋设应变片记录实验数据如下。
[0060] 图4、图5所示岩柱试件与充填体的应变数据正值表现为压缩形变，负值表现为拉 伸形变。试验开始岩柱试件受压变形变现为沿轴向压缩，沿径向向外膨胀，粘贴于表面的应 变片产生拉伸变形，表现为负值或其变形曲线斜率为负，而此时由于受轴向压缩及岩芯径 向变形的挤压作用，充填体受压变形，主要以沿径向的拉伸变形为主，但变形趋势平缓，此 过程主要表现为以岩芯承压为主。随着试验的进行，岩芯受轴向压力逐渐增大，同时充填体 内部的原始裂隙逐渐压缩密实，其径向反作用力持续增大，岩性变形曲线斜率逐渐由负变 正，总体呈线性增长变形，此过程充填体变形仍以拉伸变形为主，且变形趋势平缓，此过程 仍以岩芯承载为主。在四周充填体的包裹挤压作用下，岩芯的承载能力远远大于其无径向 束缚的单轴压缩过程的承载能力，随着试验的进行，岩芯内部产生裂隙，并导致岩芯破坏， 当岩芯受力达到破坏峰值载荷时，系统承载开始表现为充填体承载骤然增大，此时由于岩 芯在破坏后区阶段依然有承载能力，因此，此过程表现为充填体和岩柱共同承载，但充填体 承受载荷开始呈线性增长。随着岩芯承载能力的持续减弱，充填体受力呈线弹性增加，直至 充填体承压达到破坏峰值，此时岩芯完全破坏。后期加载过程，主要表现为被压缩密实的破 碎岩芯和破坏后的充填体二者共同承载受力过程。
[0061]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种充填体-岩柱系统力学作用机理试验方法，其特征在于，包括如下步骤： 51、 岩柱试件制备:加工制备规格为050mm，高度100mm的灰岩试件作为试验岩(矿)柱 的代用材料，进行常规单轴抗压强度试验和充填体-岩柱系统有侧限条件单轴加载试验； 52、 自制弹性模块的加工制备:根据根据试验要求按设计的浓度和灰砂比制备充填料 浆，在20mm X 10mm X 5mm的小型塑料模具内加入充填料浆并刮平表面，在恒溫恒湿养护箱内 按试验要求养护28天，制成作为粘贴应变片的表内介质的自制弹性模块； 53、 电阻应变片的粘贴与防水、防潮处理:将电阻应变片进行电阻测试后，用棉花棒薩 丙酬将自制弹性模块欲贴片处清洗干净，采用防水防潮的914胶将测试正常的电阻应变片 按设定的方向粘贴在设计位置，然后用玻璃纸(或塑料袋)垫着用拇指压住至少一分钟，压 紧前注意左右挤压一会，W使气泡逸出，待应变片粘牢且914胶惊干后； 薩少许调好的914胶滴在应变片附近，将导线线脚等可能漏电的地方都包裹住，W防短 路，30~40min后，待914胶不粘手时，在弹性模块四周均匀地涂一薄层烙化好的防潮剂涂 液，涂层厚度小于0.5mm，将处理好的应变片试件静置一天W上时间即可埋置使用，埋置前 须进行电阻测试； 54、 岩柱试件应变片粘贴与防水处理:岩柱表面应变片沿轴向和垂直轴向粘贴2组，共4 片，用于常规单轴压缩试验的岩柱试件，其表面应变片用502胶粘贴，不做防水处理;用于充 填体-岩柱系统有侧限条件压缩试验的岩柱试件，其应变片需要进行防水处理，其粘贴方 法、防潮处理措施与步骤S3相同； 55、 将处理好的岩柱试件置于方形侧限钢板模具中间位置，将按设计制备好的充填料 浆充入钢板模具中，并将提前处理好的与充填料浆配比相配套的电阻应变片模块按照实验 装置设计的方向和位置埋入充填体内，待充填料浆充满钢板模具后，刮平表面，并将应变片 连接的导线按要求引领好，并作W标记，最后将制好试件放入恒溫恒湿养护箱养护28天； 56、 充填体-岩柱系统试件按设计龄期进行养护后，由养护箱内取出，按试验要求将内 埋应变片引出导线与应变仪连接，连接前须再次检测电阻值，W确保试验顺利进行； 57、 试验系统连接完成后，检查连接线路，按试验要求在WAW2000型液压伺服万能试验 机上分组进行有侧限条件下单轴压缩加载试验。2. 根据权利要求1所述的一种充填体-岩柱系统力学作用机理试验方法，其特征在于， 所述防潮剂由W下质量百分数的原料制备所得：白蜡50~60%，凡±林30~20%，甘油10~ 15%，纯松香10~5%。3. 根据权利要求1所述的一种充填体-岩柱系统力学作用机理试验方法，其特征在于， 试验采用HDYJ33A静态电阻应变仪和皿YZ22型转换箱监测试验过程中试件系统的应变变 化。
【专利摘要】本发明公开了一种充填体-岩柱系统力学作用机理试验方法，包括如下步骤：加工制备岩柱试件和自制弹性模块，并将电阻应变片进行粘贴、防水、防潮处理；将岩柱试件进行应变片粘贴与防水处理后置于方形侧限钢板模具中间位置，将配好的充填料浆充入钢板模具中，并将提前处理好的与充填料浆配比相配套的电阻应变片模块埋入充填体内，待充填料浆充满钢板模具后，刮平表面，将应变片连接的导线引领好，并作以标记，待充填体养护一定龄期后取出，按试验要求将内埋应变片连接导线与装置外的应变仪连接后，按要求进行加载试验。本发明对加载过程中充填体内部变形破坏规律、岩柱破坏特性以及压缩时间关系特性进行分析研究。
【IPC分类】G01N3/12
【公开号】CN105547844
【申请号】CN201510952622
【发明人】孙光华, 赵树果, 刘志义, 薛振林, 姚旭龙, 刘祥鑫, 魏莎莎, 叶洪涛, 苏东良
【申请人】华北理工大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月13日