文摘
本研究调查了声发射(AE)巩固了尾矿的特点回填(施)单轴压缩载荷作用下。分类从武山铜矿尾矿材料来源被用来准备圆柱形所有样本。本研究使用了一个SLB10装料机的单轴抗压测试。PCI-2声波系统连接到所有标本在加载测量声发射。总的来说,回填试样的单轴抗压强度(UCS)是3.58 MPa。所有样品的失效模式可分为五个阶段,包括孔隙微裂缝压实阶段(举行),线性弹性变形阶段(b阶段),产生变形阶段(c阶段),破坏阶段(d阶段)和残余阶段(stage-e)。在每个阶段,声发射特征参数如达到每秒(HPS),累计数量的影响,能源率和总能量变化很多,这表明AE参数反映了所有样本的内部故障演化。在上演一场,没有明显的AE行为测量。在b阶段,试样的宏观变化不明显,而AE参数稳定,不断增加。在c阶段,AE的数量急剧增长,影响能源大幅加息,和突然的变化。 The cumulative number of AE impacts is 31.3% in stage-d, and the cumulative energy rate is 49.4%, which is the most active stage of acoustic emission activities. The specimen has prominent crack propagation and bifurcation phenomena. In stage-d, the CTB sample was destroyed entirely, and the characteristic parameters of acoustic emission were significantly reduced. Finally, multiple regression analysis methods are introduced into the time difference positioning method to locate the AE source. The positioning results show that the technique can better invert the close relationship between the damage and destruction of the CTB and the generation and penetration of the internal cracks and describe it to a certain extent. The failure surface of the filler specimen has an excellent guiding value for the analysis of the interior failure characteristics of the sample.
1。介绍
充填采矿方法发展迅速,由于其绿色环保的特点,资源回收率高,实际地面压力控制(1- - - - - -5]。特别是在地下开采深度的不断延伸,充填采矿方法的优点越来越明显(6- - - - - -8]。巩固了尾矿的力量回填(施)是充填采矿技术的一项关键指标,因为它直接关系到后续采矿作业的安全,这是担心采矿人员的来源(9- - - - - -12]。温家宝et al。(13]研究巩固了回填的影响强度的因素。结果表明,不仅巩固了回填土的强度是影响总层次单一等因素,固体浓度,和水泥的内容也由这些因素之间的相互作用。μet al。14]研究了回填土的强度和超声波速之间的关系,建立了预测模型的单轴抗压强度(UCS)回填基于超声波脉冲速度。Ercikdi et al。15]显示相关系数高的线性关系之间似乎存在UCS和超声波脉冲速度UPV施样本。因此,研究具有重要意义的强度特征回填和分析失败模式和法律不同阶段优化回填的力量。
施莱是一个多相非均匀混合物与毛孔/裂缝形成的混合骨料、胶凝材料、水,和固化后一定养护的年龄。复杂的机械性能。所以有必要研究回填的损伤和失效模式利用一种新技术。目前,扫描电子显微镜(SEM) (16,17),CT (18),但(超声波测试),测试声发射(AE)是用于研究岩石和土壤的内部故障模式标本。当材料或结构受到的压力由于其微观结构的不均匀,缺陷,局部应力集中发生,导致宏观塑性变形等表现,相变和开裂。在这个过程中,部分应变能释放应力波。这一现象的释放应变能在弹性应力波的形式被称为声发射(AE) [19),而波发生的地方被称为声发射源。AE检测技术使用传感器安装在材料的表面接收应力波传播的一部分表面形成一个检测信号。损伤评估和研究材料可以实现通过检测、记录和分析这些信号(20.,21]。程等。22]研究了颗粒大小的影响力学性能的烧结回填,获得所有的力量和AE的特征参数。太阳et al。23]研究了AE信号之间的关系和回填的失败和回填的构造的损伤本构模型。赵et al。24]研究了声发射事件率之间的关系,振铃计数率,并通过单轴压缩应力和分裂失败的测试。曹et al。25)调查了180天的抗压强度行为和AE特征治愈所有样品通过使用四种不同加载率。最重要的发现为研究提供了科学参考所有样本的动态特性。
结果表明,AE参数包含所有的损伤信息和可以描述回填的损伤演化过程。不过,AE检测技术用于分析AE源。
考虑到波速测量岩体失败也是一个重要指数(26),全面分析回填质量的失败过程,武山铜矿尾矿的力学性能是在单轴压缩条件下测试。AE技术分析的机械和AE特征回填,回填的失效机理特征和AE参数。在此基础上,时差定位的方法用于定位AE源和验证回填的失效机理。
2。测试分析
2.1。尾矿的基本物理性质
尾矿用于测试来自巫山铜的浮选车间集中器。它的密度是3.1克/厘米3。图1显示了粒度组成。
尾矿粒度分布的确定按照相关ASTM D422总结在图1。粒度分析显示了尾矿含有60%的颗粒比145.6更好μ米(d60),30%的颗粒比57.4更好μ米(d30.),比9.4和10%的粒子μ米(d10)。它所包含的粒度分析还显示了微粒< 74的37%μm和22%的细分数< 40岁μ米,确定尾矿作为粗砂。计算不均匀系数、铜是15.54。总结,如图1粒度分布曲线斜率是陡峭,Cc和曲率系数是2.4。尾矿颗粒大小相对均匀,然而,分选差的。
2.2。样品制备
圆柱形标本是根据标准ASTM D4832,和尺寸是直径×高度:55毫米×110毫米。样品质量分数为74%,水泥含量为20%。准备的标本保存在YH-40B养护箱的固化参数20°C,湿度95%,28天的年龄。
2.3。样本的设备和方法
测试仪器包括一个SLB100媒体机由长春机械和PCI-2 AE系统由PAC公司美国。图2显示了A.E.测试系统。主轴采用位移控制的实验,和加载速率为0.003毫米/秒。PCI-2 AE系统连接到电脑,也可以设置,监控和存储声发射参数,实现实时控制的AE信号集合。AE探针接触标本和前置放大器调查和采集卡之间的连接。传感器信号采集的阈值是45分贝。
为了减少最终克制,两块研磨减少纸放置试样的两端,和一点黄油放在两张纸之间。四个AE探针固定在表面的所有根据空间“十字架”安排。图3显示了AE检测方法。AE测量区域平滑点,平滑区域是16毫米×16毫米。在安装径向位移伸长计中间的标本,SLB100媒体完成了单轴加载。控制系统和AE检测系统是用来收集数据在单轴压缩加载完成。
2.4。AE特征参数
施是一种弹塑性材料,应力波将发布的推导和加载期间内部裂缝的扩张。压力波显示不同的声信号在不同的时间间隔。一个AE信号包含大量的信息是一个复杂的波形。选择合适的信号处理方法对声发射信号进行分析一直是一个复杂的问题在发展中AE检测技术。特征参数分析是AE信号分析的标准方法。AE参数通常包括影响(波形)计数、振铃计数、能量、幅值、持续时间、上升时间和阈值电压。图4显示了特定的意义。AE特征参数密切相关的信号相同的波形;他们同时出现或消失。因此,他们有相似之处描述试样的破坏机制。
打击是任何超过一个阈值的信号,导致一个通道来获取数据。它反映了AE活动的总量和频率。在打数量的变化证明了样品的内部结构的变换。它可以用来描述微裂纹演化[23,27]。本文的AE总数达到每秒(HPS)采用AE参数进行研究。能量信号检测的面积信封,反射信号的强度,和是一个重要的参数指示材料标本的失败,为预测提供基础材料不稳定故障。
3所示。AE测试结果和分析
为了研究回填的力学性能在单轴压缩下,AE特征参数如HPS,累积HPS,能源,和能源。考虑到几组填充块的力学性能和AE特征几乎是相同的,只有一个组织选为标本进行分析。
根据回填在单轴压缩下的结构应力曲线数据5- - - - - -8UCS的施为3.58 MPa时的最大压实回填是8.5 KN。同时,回填土的压缩过程可分为五个阶段,a e:孔隙微裂缝压实阶段(举行),线性弹性变形阶段(b阶段),产生变形阶段(c阶段),破坏阶段(d阶段)和残余阶段(stage-e)。上演一场:回填体的应力曲线是凹的早期应力加载(0-53 s),和达到时间和能量的数量在这个阶段更少。累计HPS占总数的2.4% HPS号码,和能量占总能量的0.2%。结果表明,AE活动举行期间不活跃,主要是因为所有人为准备和人工搅拌,确保优秀的同质性和充填体的密实度。减少颗粒之间的摩擦在压缩过程中施。没有样品的外观的变化。与压力的增加,b阶段:53 - 80年代期间,所有进入线弹性阶段,加载曲线几乎是直的,压力是6.99 KN,达到82%的最大应力。在这个阶段,孔隙/骨折回填继续压缩,和微裂隙开始出现在内部的柔软的表面。HPS和能源率稳步提高。累计HPS和能源率占24.8%和10.6%,分别。实验过程中,没有明显变化的宏观结构施,只有轻微的离层。c阶段:80年代- 91年代,应力曲线的斜率逐渐减小,直到它变成零,加载应力达到峰值,回填进入屈服阶段,软化和塑性变形发生。微裂隙会导致粮食后的压力调整压力框架键断裂,这将导致增加压力附近的一粒一粒附近和失败当压力达到粘结强度。的变化的应力传递路径和削弱机械框架表明,HPS的数量急剧增加,接近最大值。能量率也明显增加。有两个重要的突然变化,和AE活动十分活跃,表明孔隙/骨折施被加速。累计HPS占总数的29.8%,累计能量占总能量的24.4%。从测试的角度的过程,在这个阶段,充填体在宏观尺度上,开始出现裂缝,裂缝继续扩展,逐渐显示出一定的渗透趋势。d阶段:91年代到125年代期间,加载应力达到峰值后,回填体急剧衰减,使压力明显下降,应力曲线的斜率变得消极。HPS的数量明显减少了,但仍相对强劲。它主要是由于连续的内部损伤的积累随着施的裂缝扩展和增加,最后形成宏观裂缝表面,影响灌装体内弹性波的传播,导致了AE信号被降低。但回填的破裂会产生许多弹性波,这将使能源率突然很多次,达到最高的价值。从测试过程中,所有的外观有明显的裂纹扩展和分岔现象,和小裂缝逐渐渗透的大裂缝,造成明显的伤害。Stage-e:在125年代到170年代期间,减压的速度慢了下来。因为填充的身体仍有一个特定的承载力,压力维持在较低水平,不减少为零。在这个阶段,回填的AE HPS显著减少,和累计点击率增加缓慢,几乎没有了。AE能量率是一个小的峰值突变,主要是由于局部破损产生的声音和充填体脱落。在这个阶段,累计HPS占总数的11.7%,累计能量占总能量的15.4%。填充标本主要显示了块滑动沿着宏观断裂面从测试过程,直到失败。
基于上述分析,有五个机械回填在单轴压缩破坏过程的阶段,每个阶段有不同的形式。AE信号还显示了突出的阶段特征,表明AE特征参数可以反映所有的内部法律进化失败。
图9显示了累积HPS和能源率在不同机械阶段。在d阶段,累计HPS 31.3%,累计能量率是49.4%,所有这些都达到最大值。有明显的裂纹扩展和分岔充填体。同时产生许多新的裂缝,AE活动最活跃的阶段。因此,验证特征发射参数可以描述主裂纹扩展的演化规律和渗透在充填体内。
4所示。探索和分析声发射源的位置
4.1。AE源位置的计算方法
AE源位置在AE测试是一个重要的工作,也是一个重要指标在AE检测和评估。位置是时差定位的主要方法和区域位置(28- - - - - -30.]。时差定位是基于AE信号之间的时差一样的AE源到达不同的传感器,结合参数如波速和传感器之间的距离。(31日]。图10显示源定位在一个二维平面上的原则。本文研究了AE定位单轴压缩下的所有使用时差定位法。
AE击中,传感器传输的绝对时间t。的距离d传感器和声源之间可以通过结合声速计算 。
根据毕达哥拉斯哲学的理论,两个点之间的距离是一个平面
绝对时间以来AE事件不能得到,在这篇文章中,我们计算绝对不同的传感器和AE源之间的距离。这是
的方程,X年代和Y年代AE源的坐标。
声源的位置可以通过获得多个传感器数据使用公式(4同时)。时变得更加复杂的数学方法延伸到3 d或卷起信封为3 d对象,但基本原理是相同的。
时差定位的标准方法是最小二乘法,盖革线性位置方法,multievent位置法等。32]。介绍了多元回归分析来寻找最适合的位置在所有位置数据来源。
假设观察两个传感器接收的信号之间的时间差异
两个传感器之间的时差计算接收信号的影响被定义如下:
多元回归分析是一种通用的全球目标算法,最小化之间的区别和 。因此,我们定义的平方和的区别和作为 。这是
的称为健身价值,它取决于协调值对应于源位置,和计算过程是一个迭代的搜索过程。本文使用单纯形搜索方法编写定位器代码的最小值x年代,y年代,z年代。
4.2。结果和分析声发射源的位置
为了研究内部填充物的故障特征,实验是基于改进的时差定位方法进行AE定位分析。进行AE测试之前,平均速度的声波所有测量为1147.9 m / s。这表明所有的波传播的速度非常快,和时间从一端到另一端只有95.8μ的基础。因此,在固定的声速,AE测试执行和AE源的位置进行了分析。分析结果如图所示11。可以看出,AE源点集中在顶部的标本,裂缝分布和深入分析。通过内部和外部的位置点的分析,推导出它的失效模式标本主要分裂失败,这是在良好的协议与实际崩溃。结果表明,改进后的方法可用于逆之间的密切关系破坏所有的失败和内部裂纹的生成和刺穿。
与数据11和12,一些边缘裂缝回填的标本没有反映在声源定位的过程。有两个主要原因分析。首先,由于回填材料的各向异性,声学信号散射减弱在传播的过程中,特别是在裂缝发生在标本。它限制在施AE信号的传播。
5。结论
尾矿用于实验的密度是3.1克/厘米3,其粒径属于不连续分级。基于所有的单轴压缩试验,力学性能和AE整个压缩过程的特点进行了分析。主要结论如下:(1)施为3.58 MPa的UCS质量分数为74%时,水泥含量是20%,治疗年龄是28天。回填的整个压缩过程可分为五个阶段:孔隙微裂缝压实阶段,线性弹性变形阶段,产生变形阶段,破坏阶段,剩余阶段。(2)在破坏阶段,累计HPS是31.3%,和累积能量率是49.4%,所有这些都达到最大值。充填体有明显的裂纹扩展,分叉,和许多新裂缝的AE活动最活跃的阶段。(3)多元回归分析的方法介绍了时差定位方法。定位结果集中在顶部的标本,裂缝分布和渗透复杂,哪个更符合实际情况。然而,一些裂缝没有反映在定位的结果,主要是由于所有材料的各向异性特征与一个固定的迭代计算声波速度。(4)AE特征参数可以揭示所有原始裂缝的发展,这表明AE技术是很有价值的在所有的故障特征的分析。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
作者要感谢国家重点研发计划的财政支持政府间国际科技创新合作(批准号2021 yfe0102900),探索矿冶研究基金(没有。02 - 2127)。