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摘要
为有效控制煤炭开采引起的地质灾害及矸石带来的环境污染问题，以矸石为基材，研发新型矸石聚合物充填材料。基于聚合物的性能分析选取了3种聚合物，采用PFC数值模拟软件分析了不同粒径颗粒矸石充填体模型数值压实试验过程中应力应变曲线关系及力链、裂纹演化。采用自制承载压缩装置对不同矸石聚合物充填材料进行了瞬时及蠕变压缩特性实验，分析了不同聚合物及不同聚合物掺量对材料承载性能的影响，得到了矸石聚合物充填材料在承载过程中的瞬时与蠕变压缩变形规律。研究结果表明，平均级配的矸石承载压缩率最小，数值模拟结果表明：最大粒径为40 mm的平均级配矸石充填体抗变形能力最好；不同聚合物的种类及掺量对充填体压实效应影响较大，承载有益效果丁苯乳液>丙烯酸酯>氯丁胶乳；矸石聚合物充填材料蠕变性能主要表现为衰减蠕变压缩阶段与稳定蠕变压缩阶段，未出现明显的加速蠕变压缩阶段。丁苯乳液聚合物掺量为0.096 kg时，矸石聚合物充填体的蠕变性能最优。当应力大于10 MPa时，随着加载应力的增加，其瞬时变形和蠕变变形的改变量所占其相应变形的比值则越来越小，矸石聚合物充填材料的蠕变性能较为稳定。该充填材料适用于大多数我国东部400 m以下、地压大于10 MPa的采空区。
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单位中国矿业大学; 中国矿业大学（北京）; 土木工程学院; 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室
