【摘 要】
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本课题针对膏体充填体存在的脆性破坏问题，采用聚丙烯纤维提高膏体充填体的韧性，从而保证了膏体充填体的稳定性。结合单元体试验、物理模型试验和有限元模拟，系统研究了纤维、水
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本课题针对膏体充填体存在的脆性破坏问题，采用聚丙烯纤维提高膏体充填体的韧性，从而保证了膏体充填体的稳定性。结合单元体试验、物理模型试验和有限元模拟，系统研究了纤维、水泥掺量对膏体充填体力学性能的影响，并论证了纤维增强膏体充填体的工程可行性。 通过无侧限压缩试验和三轴剪切试验研究了聚丙烯纤维及水泥掺量对膏体充填体的宏观力学性能（抗剪强度，无侧限抗压强度，韧性等）的影响机制。试验结果表明，纤维不仅能提高膏体充填体的强度，还能使膏体充填体表现出明显的塑性行为，且在水泥掺量低于7.5％时，纤维的增强作用更有效;在高围压下，纤维对含5.0％水泥的充填体的增强作用要优于含7.5％水泥的;充填体的峰值粘聚力随着纤维掺量的增加而提高，添加0.5％的纤维使充填体的峰值粘聚力从108.3～316.4kPa提高到235.4～465.2kPa;充填体的峰值摩擦角由31.0～39.3°转变为31.8～41.7°;综合考虑强度和经济因素，确定充填体中纤维的最优掺量为0.5％左右。 采用CT多层切片扫描分析了纤维的细观增韧机理，即纤维能阻止膏体充填体中裂隙的扩展和延伸，使裂隙细化、分散，进而使充填体在破坏前可形成更大体积的裂隙，这些裂隙在形成过程中需克服更高的能垒，从而提高充填体的韧性。 结合物理模拟（离心机模型试验）和数值模拟（有限元模拟）阐明了纤维对充填体稳定性的影响，并预测了工况下纤维对充填体的增强效果。纤维的加入不仅可以明显提高充填体的自立高度，还可以提高充填体的延性，进而提高矿山开采的安全性，减小矿石贫化。因此，纤维增强膏体充填对于降低水泥单耗、提高充填体稳定性和采场安全性，减小矿石贫化方面具有良好的应用前景。
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