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矸石充填材料的压实力学特性是衡量充填开采效果的重要依据及指标,目前研究多围绕矸石充填材料宏观力学响应,而鲜有矸石充填材料压实细观破坏机理方面的研究。在通过CT扫描试验研究力学响应下矸石散体内部结构及变形机理时,目前CT扫描装置具有一定局限性,只能实现在散体材料卸载后对其进行扫描,且装置承受载荷能力较小,因此本文设计了一种基于CT扫描的侧限压缩透视试验装置,能够实现较大轴压下的侧限压缩试验,且在加载过程中对矸石实时扫描。综合力学分析、数值模拟、实验室试验等研究方法,设计试验装置结构,选取试验装置材料,计算关键部位尺寸并对其强度进行校核,结合数值模拟对试验装置的受力情况进行分析,最后通过实验室试验对装置进行实验效果检验。论文研究得到了以下主要结论:(1)为实现侧限压缩状态下的CT扫描试验,设计了由六个部分组成的破碎矸石侧限压缩试验装置,分别为:加压板、承压柱、桶体、螺杆、固定板、底座,根据强度及性能要求,选取可用于试验装置的材料分别为:聚甲醛(POM)、亚克力(PMMA)、聚乙烯(PE)、聚酰胺(PA)。(2)根据物理力学参数测试结果,确定聚甲醛(POM)为试验装置的制作材料;并通过侧向应力及材料抗拉强度计算出桶壁厚度,通过矸石回弹应力及材料抗拉强度计算出螺杆直径,根据机械设计原理校核桶壁及螺杆强度。(3)基于ANSYS Workbench模拟分析,轴压达到25MPa时,达到试验装置的安全系数临界点,25MPa即为试验装置的最大安全轴压;螺杆达到40mm时,安全系数达到安全标准,因此螺杆的最小许用直径为40mm。(4)结合X-RayCT扫描技术实现破碎矸石压缩试验各个阶段的CT扫描试验,对破碎矸石裂隙发育情况进行分析,并利用OTSU算法确定阈值,借助Mimicis Research软件对图像进行二值化处理和三维重构,破碎矸石三维模型为研究矸石充填体的孔隙率及矸石破碎情况提供了新的技术手段。