尾砂胶结充填体强度估算.pdf

工 一 ‘ 坦 彳 乡 雹压 ， 研 尾砂胶结充填体强度估算 南方冶金学院 ；． ； 提要 本文通过正交试验． 得出了充填悼强度与其主要蟛响因素间的函数关茉式 ．可为工 程 中 估 算充填体的强度提供依据 ，对简易估算充填 i车强变有参考黄义 ． 充填体 的强度受诸多 因素 的影响 ，内困 钮括水泥标号和含量 ，骨料粒度及其级配， 水质及水灰 比，不 同的添加剂 及 其 加 入 量 等{ 外因砌与搅拌时间 、浇注方式 、养 护令 期、环境温度与湿度大小以及脱水时间的长 短等有关 。 以往 ，估算在特 定条件下 如水 灰 比 I l 2 ． 5 ，灰砂比 I {1 O ， 缅泥含量 8 时充 填体的强度 主要是凭经验 来获取 ，盲 目性较大。笔者通过正交试验，得出了强度 与主要影响因素之 间的函数 关系式 ，从而为 工程中估算充填体的强度提供 了依据。 根据沃 尔夫 冈 Wo l g a n g 西 德克 劳 斯 蜡尔技术大学特许工程师 的观点， 在影响充 填体强度的众多因素中，水泥含量、粒级配 比 、输送浓度是 最重要 的三个 因素 ，其它困 素对强度 的影响鞍小 。本 文 以此三 因素作为 研究的 三个变量 。 一 、正交试验设计 多因素试验设计有许多方法，大致可分 为两类；第一类称连续试验法，扶某点开始 逐渐商最优点接近，这类方法中有爬山法， f强素轮换法等j另一类方法则是在优选区内 一 次布置 一批试验点 ， 通过这 批试验 的结果 ， 缩小优选区的范围，正交试验属于后种。 正交试验法楣对于垒面试验具有工作量 较小的优点。全面试验需对所有因素水平的 不同组合都进行 试验 ，工作 量非 常大， 因素 越多 ，越难做到 。正交试验则 可用 少量的试 验在优 选区内铺开丽 叉保持 全面试 验的某些 一 2 2 ～ 特点。它保 证每个 因素的每个水 平与另 一圆 素的各个水平各 搭配一敞 ，即任 何两个 因素 在正 交试验 中是一个全 面试 验。试验点在 优 选区内均衡分布 ，能够 比较 全面的 反映 出优 选 区的 大致 情况 。根 据需要 ，三 因素 、五 水 平需 要进 行l 5 次试验 全 面试 验 需 5 1 ． 2 次，设计的充填体 参数 如表 1示。 充填体参数值 以1 O 份骨科为 基础的水灰重量比 寝1 试验号 全尾砂 嚣加细诧 霈加粗砂 承记 承 r g． 5 7 O 43 1． 5 4 1 0． 7 5 2 9 ． 耵 O． 4 3 一 1 ． 5 4 5 ． 37 3 9． 5 7 0， 4 3 一 0． 5 2 9 B 0 4 0 5 T O 4 3 0 5 2 4 g 0 5 3 4 5 6． 55 1 ． 5 4 I O． 75 6 3 4 5 6 5 5 1． 5 4 5． 3T 7 3． 45 一 B． 5 5 0． 5 2 9． 8 0 8 3． 4 5 一 6． 5 5 0． 5 2 4 9 0 9 口． 4 4 0． 5 6 一 1． O 1 7 4 l Ⅱ 2 3 B T 6 4 1 ， 0l 7． 3 g 1 8． 45 7 T 8 1． 5 5 1． 6 T 1 2 8． 45 1 ． 5 5 0． 4 2 6． 9 5 1 3 8． 4 5 1 5 5 O1 I 1． 0I 1 4 8． 4 5 一 1，5 5 1 01 4 7 2 l 5 8． 4 5 1． 0I ． 3 4 1．5 5 二、试 验 试验 计赳要对每种 配 比情况分剐坝 I 出 2 天， 7 天和2 8 天的强度。每组制做1 2 个试块 7 7 7 c m ， 共傲 1 8 0 个试块。在第 一 改初试时发现，由于 2天时充填体的强度很 低，拆模刚损 率非常大，且钡 4 出的强度误 有 毫 l 矿 山～ 1 9 9 2 ． 3 维普资讯 差大 ，故以后仅测定2 8 天的强度。2 8 天后在 WE D-2型 压力计上进行抗 压和抗剪试验。 剪切 角分别为3 O 。 、4 5 。 。剪切模具重量分别 为9 ． 6 8 k g 和 7 ． 6 8 k g 。试验 涮得的数据 如 表 2、 表 3。 实测 的试块抗压能 力，k g t 9 ． 8 0 5 5 1 O ‘ 1 3 a 袁 2 l 37． 7 5 2 9 2 5 l 85 9 9． 5 2 9B． 2 5 9 5 ．25 l 3 5 0． 5 3 27． 5 3 l 8． 7 5 一 I 2 5． 5 4 45． 5 5 7． 7 5 8 8． 0 T l 2 5 5 79． 5 6 O l 2 6 O 1 6 1 O 8 O l 4 3． 2 5 2 0 4． 0 l 9 7． 5 T ∞． 2 5 47 2 O 5 1 4 8 3 5． O 2 2 6 8 5 55 ． 5 9 2 2 ．2 5 23 ．5 3 1． 2 5 31 ． 0 l O 19． 7 5 2 7 ．5 1 2 3 2 5 1 l 2． 5 1 l 5 5． 0 5 8． T 5 { 1 5 6． 25 1 6 4．5 l 2 1 5． 7 5 1 5． 7 5 l 2 9 ． 7 5 l 2 ． 2 5 I 3 2 8． 5 1 8 ．2 5 1 5 9 ． 5 8 ． 5 1 4 5 9 7 5 5 4． 2 5 ’ 】 5 5． O 1 5 4 ．0 l 5 3 6． 5 3 4． 7 5 l 8 4 ． T 5 7 5 ． T 5 三、 结果分析 假设 用 、x z 、x 分别代 表本 试验 的三 个变量 ，c 为 洲得试块承载 能力 ，则 c W t w 2xl w 3 x 2 w 4 x3 w 5xl x 0 w日 l 3 w7 x 2 x 3 w8 l 一0． 7 3 实测试块 的抗 剪能力， k g t 9 ． U 0 6 1 J 1 0 。 Pa 寰3 07． 5 3 5 20．2 5 l 0． 5 2 3． 5 5 8 0 1 4 T 5 6 5 51 ． T 5 2 5． T 5 79 ． 5 23． 5 】 6 5 41． 0 42．O l 1． 5 T9． 2 5 28． T 5 2 35 ． 0 l 2． T 5 g 2 ．5 3 7． 5 5 B． O 1 i B 2 5 4． 5 21 T 5 1 4 7 7 5 2 3 4． 0 一 日 4 2 5 24．5 3 9． 5 9 7． 5 3． 5 22 5 l 0l 5 I x 2 一 0 ． 7 3 wl 。 x 3 一0． 7 3 根 据试验 结果 确定出方程 的系数值w ～ w 。 等价 于求解如下 方程 组 [ w] 1 5 [ x ] t D X l [ c ] ⋯ 1 得明显，用高所法求解这样一个方程组 是不 可能 的，因为 这种 方程 个数与变量个数 等 。在 分析 了这 种形式 的方程 解法的基础 ‘上 笔者 用 F O I l T I T AN} 语 言编制 了一个 程 序 以求解这种个 数不等于变量个数的方程 组，并且可以进行显著性分析。运算结果如 表 4。 方程组 运算结 果袁 寰4 w 1 w 2 w 3 w } W 5 名 称 F - 显著性 竹 6 W T 日 W口 w 1 0 5 7 41 4 3 8 4 0 3 5 2 T 7 2 1 5 4 1 一2 7 2 8 F 0 口 5 王4 ． 7 1 剪 切时 6 2 8 3 8． 3 3 6 9 ． 63 8 3 ． 5 4 0 9 3 6 1 5 ．9 7 2 在 嘶以上 l O0 2 0 O 一 l 2． 85 3 56 4 9l 3 3 ．0 O T 5 ． 6 2 5 F 口 5 4 ． 7 抗压时 9 T 1 2 一 5． 6 8 7 一 l1 ． 5 6 2 一 9 6 B 5 3 ．7 88 2 1．1 2 0 在口 5 啊 上 所量程序 PROGRAM YAB R EAL Y1 5 ． 1 0 c1 5 ． t t1 0 ． Q1 5 有 色矿 山一 l 9 9 2 ． 3 2 3 一 维普资讯 一 2 4一 RE AL YT 1 0 。 i 5 ， YT Y I o． o ． YT CI n REAL T1I 5． Tz1 5 D ATA T J ／ 5 8 ． t 8 ． 1 3 5 ． 1 8 ， 2 o ． 1 8 。 I 4 ． 1 8 ， 9 1 6 8 ． 1 t 7 ． 1 8 。 2 1 ． 1 8 ． * 3 3 ． 1 8 ， 2 6 ． 1 8 ， 6 0 ． 6 8 ． 6 7 ． 6 8 ． 2 3 ． 1 8 2 1 ． 1 8 ． 8 B ． 5 8 ． 4 6 ． B S ／ DAT A T 2 ／ 0 6 ． 1 8 。 2 7 4 ． 6 8 3 4 ． 1 8 ． 0 0 ． 1 8． 1 7 t ． 1 8 ． 2 4 2 ． 6 8 ． 3 6 ． 5 3 ． * 71 ． 9 3． 45 t 8． 9 4 1 8， 1 2 3． 9 3 { 3． 4 0． 1 8。 l B 0．1 8 ． 9 i ． 1 8 ／ DATAT ／ *t， t． I。 I ． I I I ． 0． 2 7， O． 2T， o． 2 7． *t． I ． i， 1． 1． -I。 一l 0 2 T． O 2 7 o 2 T。 *t． I ， -1。 1． -1， 1 ， -1， 0． 2 7 O 2 7， 0 2 7， *t． t． -1 一l I． 一t． t． 0 27 O． 7， 0 2 7， * 1 一I ． 1． 1． 一t i 。 1 ． 0． 2 7 0． 2 T． o． 2 ． *1 ． 一I ． i． 一1。 一1， 1 一I ， 0． 2 T O． 2 7． o． 2 * 1 ． 一1． 一1． t ． 1． 一1。 一1． 0． 2 0． 27。 0． 27l * 1 一I ． 一1 。 -1 ． 1． 1， 1 ， o． 2 7， 0． 2 7． 0． 27． * 1． 1． 2l 5． 0 0． 0 0． 0． 0． 7 4 e， 一0． 73 ， 一0． 73 *1 ． 一I ． 21 6． 0， 0。 o． 0， 0． 0． 7 4 6。 一 O． T 3． 一O． *l O． 1． 2I 5。 0． 0． 0． 0． 一o 73， o． 7 46 一 0． 3。 -1． 0． -I． 2 l 6． 0， 0． 0． 0． _。． 3． 0． 7 4 6． 一0． 7 3． ● 1． 0． 0， I ． 21 5． 0． 0． o． 一 O 73一 一 0． T3． 0． 7 6一 *l ， 0 O． -1． 2t 5， 0． 0， 0 一 0． 7 3． 一 0． 7 3， O 74 6， 1 。 o ． 0． 0 。 0 ． 0． O． 一 0 ． 7 3 ． 一 o ． 7 3 ． 一 0 ． 7 3 ／ I ， 0 0。 ． 0。 0 ． o ， 0厂0 ． 7 3， 一 O ． 7 3 。 一 0 7 3 ／ c DAT A c ／ 0 2 ． 5 ． 2 0 9 ． 5 ． 2 6 ． 7 6 ， 7 1 ． 2 5 ， I 3 6 ． 0 2 0 4 ． o ． 2 0 ． 5 ． c 6 8 ． 6 ， 3 1 ． 2 5 。 t 2 3 ． 2 5 ． 1 6 4 ． 5 ． 2 9 ． 7 5 ． 8 7 ． 5 ． 1 6 5 ． 0 ． 8 4 ． 7 5 ／ D0 1 l 1． 1 5 Q I 1 8 o* A TA N o ． 7 0 7 * T2 T 一 0 ． 8 ∞ T1 1 ／ 0 ． 7 0 7 * T2 I 一 0 ． 5 T1 I ／ 3 ． 1 4 I 5 c I 一o ． 3 6 6 *o ． T 0 7 T J 1 -T 2 I ／f 0 ． 7 0 7 - TZ I -0 ． 5 *TI I 1 CONTI NUE DO l 0 I t ． t 5 DO 6 J 昌 1 ． I O Y I ， JYT J． J 5 CONTI NUE 1 0 C0NTI Nl I E DO 3 0 I 1． 1 0 DO 2 o J I ． I O YT I ， J 一o DO t 5 K t。 I 5 YT YI ． J YT Y I JYT 1 ． K*Y K． J C0NTI NUE CONTI Nl ， E CONTI NUE DO 5 O II 1． i O YTC I互O． 0 DO s 5 K 兰 I． 1 5 有 色矿 山一 l 9 9 2 ． 3 维普资讯 S 5 YTC I YTCIYT I ， K *CK CONTI NUE CONTI NU￡ DO 60 I芦 I 0 w I YT C 1／ YTY I I C0 TI NUE S【 一 0 S2 o YYY昌 o D 0 0 3 I i． 【 5 YYY YYY C 1 1 S2 S2 C I**2 C0NTi UE DO 6 4 I 2 【 t I S I S I 十yTC I**2 ／YTY 1 ． CONTI NU E S z 兰S 2 一Y Y* *2 ／ 【 5 S 3 ； S2一 S ’ FA 5*S【 ／‘g }S 3 W Rl TE * 。 T 5j FA WRI TE ， 7 5 TI1 ， I - 【 ， 【 5 W RI TE *， 7 5T2I， I l ， 1 5 W ll I TE *， 5 CI， I 一1， 1 5 WR I T E ， 7 5 Q I I ；1 ， 1 5 W RI TE *， 6 5 Y I ， I， J l ， L 0， I l ， 1 5 W RI TE *， 7 5 W I， I 1 ， l O AT t X ． 1 0 F6． 3 F0RMAT 】 x， 5 F【 0 ． 3 STOP END 从运算结果可以看 出， 值的变化很 小，都 在2 7 左右 ，可 以认为 值 基本 上不 受配 比的 澎f啊。充填体强度的变化仅由于内聚力的变 化所 引起。 因此 得 出试块 的承载能力 与主要影 响因 素 问 的函数关系式 为 s 。 1 0 0 ． 2 0 0 1 2． 85 3 xI 56． 4 91 2 一 33． 00 7x3 一 5． 62 5 xl X 2 一 5． 6 87 xI 3 一 1 1． 5 62 x。 3 一 9 ． 6 6 5 x 一 0 ． 7 3 3． 7 8 8 x ； 。 一0 ． 7 3 2 1 ． 1 2 0 x 3 。 一 0． 7 3 S。 57 ．41 4 3． 6 4 0 xI 35． 2 77x 有 色矿 山一 1 9 9 2 ． 3 21． 54 1x 3 一 2． 72 8xI X 2 一 8． 3 36 Xl 3 一 9． 63 8x 2 3 3． 54 0 x I 。 一0 ． 7 3 9 ． 3 6 4 x 2 。 一 0 ． 7 3 1 5 ． 9 7 2 0 a 一0 ． 7 3 式中s 。 、S． 分别代表试 块 抗 压 、 抗 剪能力 ，k g f 9 ． 8 0 6 6 5 NJ x 、 、x 。 代表试验三 因 素 水 平值 。 考虑到如下关系 式 S S 49 -- 2 5 一 维普资讯 X a／ ，一 x3 6 O “ 。一 一 8． 2 3％ 因此得 S 21 ．1 4 34． 89x L 一 4 6． 43 x 2 1 21． 6 3x3 4 9． 35 x L x 2 25． 63x【 x3 67． 7 7x 2 x 3 65． 20 x【 40． 0 8x 2 6 0 ． 6 1 X ； S。 24 ．0 8 2 6． 1 6x1 3 4． 04 x 2 5 3． 49 x 3 37． 5 7x L x3 2 3． 9 2xl 2 5 6 ． 5 l x 2 x 3 4 - 2 3 ． 8 8 x ] 1 0 6 ． 7 9 x i 4 1 ． 8 2 x ； 式 中 s 。 、s ． 分 别代 表试 块抗压，抗剪 强度 k g ／ c m 9 ． 8 0 6 6 5 1 O Pa } x ，x ，x 分别代表水泥含 量 ， 粒级配 比 、输送浓 度。 根据这两个公式，我们即可大致估算在 一 定条 件下充填体的强 度。如水灰 比4 0 ％灰 砂 比 l ； 1 O 级配 比 8 时充填体抗压 强度 大 致为9 71 O ‘ P a 8 ． 0 7 k g ／ e m 。 根据此公式，我们亦可确定出满足一定 强度 值的 经济台理的水获 比、灰 砂比，级配 比，从而保证工程中不致于盲目增加水泥用 量而大大增加成本。 根据此函数关 系式，我 们亦可得 出单因 素对 强度的影响 因素 。如 我们 夸x z 、x 。 为某 一 常数，剐我们可得到关 系 式Sf x ； ， 即充 填体 强度与水泥含量 间的关系表达式。 同样，我 们可得 到 s f 。 x ， sf 3 x 。 由此得到的 单因素对强度 的影响关系 曲线如 图 1、 2， 3。 由囤 1、图 2、圈 3可知 ，根 据本 函数 式绘 制的单因素 对强度的 影响 曲线与直接 由 单 因素 试验 得 出的 曲线非 常接近，也与实验 直 接得出的强度值相接 近。因此 ，本 函数式 能够作为工程中估算充填体强度的依据，电 可为充填体组 成参数作 参 考。 嚣 稿0 ． 围l 抗 压强度与细混含量 关系 m2 抗压强度与水泥台■关系 ms 抗压强 度殖水获 比变 化曲缎 参考文献 略 t 责任编辑黄燮中 有 色矿 山～ l 9 9 2 ． 3 一 置 龃孵坦 维普资讯