煤矸石强度特性

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1、掉l3卷掉1期岩土力学Vo1．13No．1l992年3月RockandSollMechanicsMnr1992煤矸石的强度特性李作勤程康擒要本文首先讨论煤开石的应力一应变、抗剪强度=者与试样尺寸的关系；其次，研究=者的试齄变形速率效应；其三．研究其应力一应变的归一化性态1最后，用松弛和蠕变相耩古的方法来研究煤矸石的强廖变化现象，从另一埘面挥讨土的长期强度降低机理关■饵：曲I矸石，抗剪曩度．松弛一皤变l前言煤矸石是含有少量煤炭的石头，含煤份稍高者和一定比例的煤炭混合还可作某些部门的燃料，如烧砖瓦，保温取暖等。煤份含量很低而没有燃烧价值的煤矸石，是煤矿开采中的菠物。在大型矿

2、井周围，总有堆积如山的煤矸石，占用不少宝贵的耕地。因此，给煤矸石找出路，使其派上用场便成为人们十分关注的问题。在煤矿开采中，为了提高煤的采取率，人们正在试采矿区铁路路基下卧的煤层(过去是保留的)，由此引起路基的不断下沉。要确保正常运输和生命财产的安全，路面标高必须保持一定，这就需要对路基不断地进行帮填。就地取用煤矸石作填筑材料行吗?若行I就是变度物为有用之物，既节省大量的其它材料及其运输费用，同时减少堆放场地，有巨大的经济效益。为回答这一问题，我们对煤矸石的力学特性，进行较全面的试验研究。关于这方面的工作，国内外报导尚少。由于煤炭生产在我国“四化”建设中占有举足轻重的地

3、位，因而煤矸-石作为建筑材料的研究具有重要的意义。2试料的物性及试验方法试验用的煤矸石，取自淮南煤矿，其比重0：2．41j天然容重=16．8-19．3kN／m；含水量：5．0-10．8。经￡光衍射分析和差热分折，其矿物成份以高岭石为主，少量伊里石，其它是煤、石英和少量碳酸盐。为了满足试料的最大粒径⋯和试样直径的比值D≤1／5，在天然的煤矸石中剔除少量粒径大于6cm的颗粒后作=30cm的大型三轴试验，其粒径级配为图1中的曲线1，其不均匀系数==1B。剔除粒径大于2cm后怍收稿时间：1991年9月20日，改同时间1991年12月8日。32岩土力学1992盎el一ai_万¨)

4、该模型在土工界广泛应用，不必赘述。煤矸石是非粘性材料，和砂性砾质土，粘性砾质土㈣，正常压密粘呈土类1一样，一般用双曲线模型均能较满意地进行描述，问题是如何确定曰，值。对煤矸石，曰和的关系不符合下式f=KP(／P。)(2)本试验发现-随口；的变化受较多因素的影响，它。一，j0sP反映了煤矸石的复杂性。正常压密粘土的强度与有效图2-b。值与，一的关系固结压力j有单一对应关系，当口；=0时，强度为Fig．2_bRelationshipbetween零，；增大，口-基本上遵循上述规律增大。可是煤value。andconfiningpressurea。矸石的密度不仅与静水应力有关

5、，而且与应力条件有关。由于架空现象的存在，静水应力引起的压密效果不如综台应力的显著，剪应力对体变的交叉作用较为强烈。密度与§没有单一对应关系，且不能引用先期固结压力的概念，因而-值不仅决定于；的大小，还与土●的起始密度，即与应力历史，作用力的性质，形成条件，并由此形成的剪胀(缩)性有关。对于本试验采用的两种试样尺寸，各自有近乎相同的起始密度，d一与；的关系如t图2一b，；增大到一定程度，值反而降低，就是上述提到的负剪胀性所致。3．2试样尺寸对强度的影响两种试样尺寸的对比试验结果如图3。可以看出，两者的差别在一般常规试验的分散度之内，即结果相当吻台。：a图3两种尺寸试样的

6、莫尔强度包线Fig3MohrBtrengthenvelopes0fsampleswithtwodifferentsize8．基于上述结果，可以初步认为；1．对于粒径级配较好的土类，对超径颗粒用剔除法，使其满足条件；≤l／5，并保持相同的相对密度，在一定范围内用小试样代替大试祥能够获得令人满意的结果这样}第l期李作勤等：煤矸石的强廖特性3s第二，材料的最后强度(。一)与【存在正比侧关系。按照奠尔一库仑强度准则l誊sln~'(5)要满足上述条件，必须使_-0，=常量。r5．2用平均有效应力=：‘；+2j)作归一化因子的情况’同样，由关系式(1)获得=：(6)J要使1-与有单

7、一对应关系的条件是：==常量1==常量J即第一，起始正切模量冒t随正比例增长J第二，(1一a)也随皇正比例增长。同理，依据莫尔一库仑强度条件1一I=(2C一tan>cos~+38i(8)要满足上述条件，必须是(i)r=常量，(ii)，=：，即，值与；有正比例关系，其比值为tan。实验证明，基本上满足上述条件的土类有软牯土，没有结构强度影响的正常固结精土，松砂㈣，超固结比OCR相同的超固结土类m。显然，煤矸石的，是变量，冒l也不随；正比例增长，故不存在归一化性态。6松弛和蠕变耦合的试验现象关于粘土长期强度的测定，陈宗基提出应力松弛测定法。通