基于DIC的掺聚丙烯纤维胶结充填体抗拉特性试验研究

来源：黄金科学技术杂志2025年第2期北京时间：

作者：吴豫烈, 付玉华, 张龙, 管华栋, 徐望根

单位： 江西理工大学资源与环境工程学院，江西 赣州 341000, 赣南科技学院，江西 赣州 341000, 湖南柿竹园有色金属有限责任公司，湖南 郴州 423001, 江西理工大学土木与测绘工程学院，江西 赣州 341000, 江西省修水香炉山钨业有限责任公司，江西 九江 332000

摘要：为探究聚丙烯纤维（PF）掺杂对尾砂胶结充填体抗拉特性的影响，对不同灰砂比和不同聚丙烯纤维掺量的尾砂胶结充填体进行了巴西劈裂试验，利用DIC技术对试验过程中试件表面裂隙萌生和扩展演化进行全程观测分析，并结合扫描电镜（SEM）揭示聚丙烯纤维对尾砂胶结充填体试件内部结构增强效应的作用机理。结果表明：聚丙烯纤维的掺入可有效提高充填体的单轴抗拉强度，且随着聚丙烯纤维掺量的增加，充填体的单轴抗拉强度先增大后减小，最佳掺量为0.6%。以灰砂比1∶4为例，充填体试件单轴抗压强度最大值为0.59 MPa，最大增幅为37.21%。纤维的加入改变了充填体试件的应力—应变行为，当试件达到峰值抗拉强度时，掺PF充填体试件并未立刻失去承载能力，仍具有一定的残余强度，且PF掺量为0.6%的充填体试件残余强度达到最大值。DIC观测显示，掺纤维的充填体在拉伸破坏时应变集中现象得到缓解，裂缝更加曲折，表明纤维能有效分散应力。SEM分析揭示，过量的纤维会导致充填体试件内部孔隙和裂隙的尺度增加，从而导致充填体试件的宏观抗压强度逐渐下降，适量的纤维在充填试件内部会被大量的水化产物C-S-H凝胶包裹，纤维—充填体基质界面由于受水化产物C-S-H凝胶的作用会形成一个整体，使得掺纤维的充填体承载能力更高。

关键词：聚丙烯纤维,巴西劈裂,抗拉强度,韧性特征,DIC技术,电镜扫描

基金资助：国家自然科学基金项目“频繁爆破作用下岩体累积损伤演化规律及振动效应研究”(51464015),江西省教育厅科学技术研究项目“岩石超声波波速和波形变化规律研究”(GJJ190499)