煤炭学报

作者：赵卫平, 何宇翔, 江孔亮, 杨家琦, 徐旸, 陈嘉龙,

关键词：煤矸石混凝土, 应力比, 真三轴试验, 三轴压强度, 破坏准则,

针对煤矸石大量堆存造成的污染以及混凝土天然骨料短缺的问题，将煤矸石作为粗骨料是解决上述问题的合理途径。为揭示煤矸石混凝土的力学性能以推广煤矸石混凝土在土木工程领域的应用，围绕煤矸石混凝土在多轴应力状态下的力学响应问题，设计了煤矸石体积取代率为0、30%和50%的3种混凝土配合比，制备了225个试件进行煤矸石混凝土的真三轴压缩试验。试验中共设计了20个真三轴压应力比，包括4种最小主应力比(σ1/σ3 = 0.05、0.08、0.13和0.16)和5种罗德角(θ = 0°、15°、30°、45°和60°)，对比分析了各煤矸石取代率混凝土在不同应力比下的破坏形态、强度特征及三轴压强度的提升程度，并基于煤矸石混凝土三轴压试验结果，建立了考虑煤矸石取代率的多轴强度破坏准则。结果表明：多轴破坏形态随应力比的变化呈现4类(柱状、层状、斜剪、挤压流动破坏)，与煤矸石取代率相关性小；随着σ2/σ3的增加，三轴压强度先增加后减小，在θ = 30°处为最大值；当σ1/σ3较小时，σ2/σ3对三轴压强度影响较不明显，σ1/σ3越大，σ2/σ3对三轴压强度影响越显著；煤矸石取代率越高，三轴压强度越低，且σ1/σ3越大，强度下降程度越明显；当σ1/σ3处于较低水平时，煤矸石混凝土与普通混凝土三轴压强度提升程度差别不大，当σ1/σ3较大时，煤矸石混凝土强度提升程度显著低于普通混凝土；建立的考虑煤矸石取代率的破坏准则与各煤矸石取代率混凝土三轴压试验结果拟合良好，能正确反映掺入煤矸石粗骨料对混凝土多轴力学特性的影响，可用来预测不同煤矸石取代率、不同应力比的煤矸石混凝土多轴强度。研究结果可为煤矸石混凝土的实际工程应用提供数据参考，以期实现煤矸石的固废利用。

来源：2025年第8期

《煤炭学报》期刊编辑部

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