骨料分离对水泥粗骨料回填材料的力学性能及破坏机制的影响

《International Journal of Minerals Metallurgy and Materials》：Impact of aggregate segregation on mechanical property and failure mechanism of cemented coarse aggregate backfill

粗骨料离析对采矿废岩回填料力学性能影响研究。基于图像分割与机器学习分析骨料分布，发现固体浓度（81-82wt%）和胶凝材料/骨料比（10-12.5wt%）非线性影响离析程度。单轴压缩实验显示抗压强度（1.75-12.65MPa）与SC、C/A呈线性关系，离析度显著影响弹性模量发展。顶部区域更易形成宏观裂缝，底部压缩性更高，离析加剧导致变形差异扩大，离析度＞1.63时弹性模量提升，不均匀骨料样本变形量达515-1693.70its，引发早期宏观 tensile失效。

　　

摘要

使用含有矿山废石的粗骨料进行回填可以满足强度要求，并降低与粘合剂和固体废物处理相关的费用。然而，这种材料容易发生骨料分离现象，从而导致回填体变形不均匀并受损。我们采用了一种结合机器学习的图像分割方法来分析测试块 splitting 表面上骨料的分布情况。研究结果表明，骨料分离与固体浓度（SC）和水泥/骨料比（C/A）的变化之间存在非线性关系。当固体浓度为 81wt%–82wt% 且水泥/骨料比为 10.00wt%–12.50wt% 时，流体动力学效应、摩擦作用及其主导地位会发生显著变化。通过单轴压缩实验，并结合额外的应变计和数字图像相关技术，我们能够分析骨料分离对材料力学性能和破坏机制的影响。研究发现，单轴抗压强度在 1.75 MPa 到 12.65 MPa 之间，与固体浓度和水泥/骨料比呈线性关系，但在数值上与骨料分离程度无明显关联。不过，骨料分离程度在一定程度上会影响弹性模量的变化趋势；骨料面积比的标准偏差小于 1.63 时，表明材料的弹性模量较高。在浇筑方向上，测试块的上部区域更容易形成宏观断裂面，而底部区域的压缩性大于上部区域。骨料分离现象的加剧加剧了不同区域之间的变形和破坏特性差异。对于均匀性不同的样本，在稳定变形阶段观察到局部变形程度存在显著差异（范围从 515.00 its 到 1693.70 its）。骨料的极端不均匀性会导致裂缝快速扩展，从而引发宏观拉伸破坏，最终导致结构提前失效。