纤维增韧地聚合物支护结构承载特性及工程应用研究
发布时间：2021-02-08 21:42
喷射普通混凝土材料无法满足深部巷道支护的要求,亟需寻找一种抗大变形、应变率高的柔性新型混凝土支护材料进行协同支护,以达到支护结构与围岩共同支护作用。本研究采用粉煤灰、矿渣、水泥及国产PVA纤维配置不同配比情况下的纤维混凝土复合材料,通过弯曲延展等基本力学性能分析,获得了合理的纤维体积比及基质体组分最佳配合比;通过物理模型试验和数值模拟不同EGC支护结构厚度、不同支护结构的变形破坏特征分析,获得了纤维增韧地聚合物和工程水泥基材料作为抗大变形支护结构的承载特性和演化规律。（1）制备了不同配比的工程水泥基材料（ECC）和纤维增韧地聚合物（EGC）,对比分析了不同纤维增韧支护材料和结构弯曲、开裂行为特征。结果表明,在纤维混凝土复合材料中,随着添加胶凝材料终粉煤灰掺量的提高以及EGC中砂率的增加,抗压强度和弹性模量基本不断减小,微裂缝条数变多,弯曲应变和应变硬化能力增强,裂缝宽度集中在50-80μm;抗压强度和弹性模量与纤维掺入量成正比关系;此外,EGC抗压强度普遍优于ECC,拉伸应变比ECC变化更加稳定,纤维增韧地聚合物的可弯曲、抗大变形能力更强。（2）为了降低支护成本、优化支护结构,分析研究...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：144 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
巷道喷射混凝土支护ureFig.1-2Shotcretesupportofroadway
1绪论11绪论1Introduction1.1研究目的与意义（Researchobjectiveandsignificance）伴随着全球经济的发展，能源已经逐渐成为一个国家站稳脚跟的关键，而我国又是作为能源需求大国，特别是对煤炭资源的依赖依旧很大[1]。如今，储藏大量煤炭资源的矿井正逐渐从浅部开发至深部，构造应力大、地温高、涌水量大和软弱岩层发育等现象层出不穷[2]，深部地下安全问题成为重点。特别是近些年来对深部开采规模越来越大，矿井支护大变形破坏及碎裂问题以及渗水透水等问题更是愈加明显[3-7]。（如图1-1所示），当矿井处于这种状态下，煤矿五大灾害（煤尘、水、火、瓦斯、顶板）中，粉尘、瓦斯的爆炸、塌方、大变形和井下突水、透水事件频发，每年都会造成重大的经济损失和人员伤亡。为此，深部地下结构支护结构的耐久性问题，如何对深部煤炭资源进行安全、高效、低成本地开采，已经成为目前我国煤炭行业亟需解决的重大技术难题。图1-1井下围岩破坏状况图1-2巷道喷射混凝土支护Figure1-1UndergroundsurroundingrockfailureFig.1-2Shotcretesupportofroadway对于深部地下结构支护的问题，全世界学者也都是进行了大量的研究，目前主要分为刚性支护和柔性支护，刚性和柔性混合支护。在这样一个背景下，作为一种比较常用的柔性混凝土支护其重要性不言而喻（巷道喷射混凝土支护如图1-2所示）。因此在深部地下开采过后的支护问题上，为了能使开采过后期支护结构与周边围岩发挥良好的协同支护作用，采用薄喷技术喷射一定量的柔性混凝土既可以作为短期支护措施也可以作为永久支护结构。但是，目前应用最广泛的普通的混凝土喷层是一种脆性材料，不能表现出这种让压的塑性能力，由于普通混凝土在地下支护结构应用中还存在诸多不足之处，因此应加强对混凝土材料的研
喷射混Figure1-3Proc
【参考文献】：
期刊论文
[1]地质聚合物混凝土力学性能研究综述[J]. 王存停,杨傅甜. 施工技术. 2019(21)
[2]深部巷道全长预应力锚注支护机理研究及应用[J]. 王洪涛,王琦,蒋敬平,李术才,刘平,杨勇,张欣,杨少波. 采矿与安全工程学报. 2019(04)
[3]沿空留巷聚乙烯醇纤维喷射混凝土快速封闭支护技术研究[J]. 姚刚,李农,武双兆,杨景院. 煤矿现代化. 2019(03)
[4]纤维混凝土的发展[J]. 朱建华. 山西建筑. 2018(32)
[5]不同长径比聚丙烯纤维增强混凝土的力学特性[J]. 罗洪林,杨鼎宜,周兴宇,单晨晨,刘鑫,赵方粒. 复合材料学报. 2019(08)
[6]地聚合物水泥土研究现状及应用发展前景[J]. 叶华洋,张伟锋,刘懿韬. 工程建设. 2018(07)
[7]煤炭革命新理念与煤炭科技发展构想[J]. 谢和平,王金华,王国法,任怀伟,刘见中,葛世荣,周宏伟,吴刚,任世华. 煤炭学报. 2018(05)
[8]基于微观力学和断裂力学试验方法的MMFM-ECC配合比设计[J]. 李晓琴,杜茜,战越,宋志刚. 云南大学学报(自然科学版). 2018(02)
[9]喷射混凝土及速凝剂研究发展现状与趋势[J]. 王子明,贾琳,王庄,李慧群,刘晓. 混凝土世界. 2017(12)
[10]新奥法在三连拱特大断面隧道施工中的应用[J]. 梁文添,陈劲慧. 岩石力学与工程学报. 2017(11)
博士论文
[1]功能梯度混凝土立井井壁承载性能研究[D]. 张宁.华北电力大学 2012
[2]高应力破碎软岩巷道棚—索协同支护围岩控制机理研究[D]. 荆升国.中国矿业大学 2009
硕士论文
[1]ECC材料基本力学性能研究[D]. 杜亮.苏州科技大学 2019
[2]纤维增韧喷射地聚合物性能研究[D]. 李帅.中国矿业大学 2019
[3]ECC-混凝土控裂功能材料力学性能的试验研究[D]. 周旭.扬州大学 2018
[4]聚丙烯纤维、纤维素纤维对衬砌混凝土性能影响的研究[D]. 王兆.河北工业大学 2017
[5]玄武岩纤维喷射混凝土在既有隧道加固中的应用及研究[D]. 奂光坤.西南交通大学 2013
[6]粉煤灰对超高韧性水泥基复合材料弯曲性能的影响试验研究[D]. 饶芳芬.大连理工大学 2008
本文编号：3024572
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：144 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
巷道喷射混凝土支护ureFig.1-2Shotcretesupportofroadway
1绪论11绪论1Introduction1.1研究目的与意义（Researchobjectiveandsignificance）伴随着全球经济的发展，能源已经逐渐成为一个国家站稳脚跟的关键，而我国又是作为能源需求大国，特别是对煤炭资源的依赖依旧很大[1]。如今，储藏大量煤炭资源的矿井正逐渐从浅部开发至深部，构造应力大、地温高、涌水量大和软弱岩层发育等现象层出不穷[2]，深部地下安全问题成为重点。特别是近些年来对深部开采规模越来越大，矿井支护大变形破坏及碎裂问题以及渗水透水等问题更是愈加明显[3-7]。（如图1-1所示），当矿井处于这种状态下，煤矿五大灾害（煤尘、水、火、瓦斯、顶板）中，粉尘、瓦斯的爆炸、塌方、大变形和井下突水、透水事件频发，每年都会造成重大的经济损失和人员伤亡。为此，深部地下结构支护结构的耐久性问题，如何对深部煤炭资源进行安全、高效、低成本地开采，已经成为目前我国煤炭行业亟需解决的重大技术难题。图1-1井下围岩破坏状况图1-2巷道喷射混凝土支护Figure1-1UndergroundsurroundingrockfailureFig.1-2Shotcretesupportofroadway对于深部地下结构支护的问题，全世界学者也都是进行了大量的研究，目前主要分为刚性支护和柔性支护，刚性和柔性混合支护。在这样一个背景下，作为一种比较常用的柔性混凝土支护其重要性不言而喻（巷道喷射混凝土支护如图1-2所示）。因此在深部地下开采过后的支护问题上，为了能使开采过后期支护结构与周边围岩发挥良好的协同支护作用，采用薄喷技术喷射一定量的柔性混凝土既可以作为短期支护措施也可以作为永久支护结构。但是，目前应用最广泛的普通的混凝土喷层是一种脆性材料，不能表现出这种让压的塑性能力，由于普通混凝土在地下支护结构应用中还存在诸多不足之处，因此应加强对混凝土材料的研
喷射混Figure1-3Proc
【参考文献】：
期刊论文
[1]地质聚合物混凝土力学性能研究综述[J]. 王存停,杨傅甜. 施工技术. 2019(21)
[2]深部巷道全长预应力锚注支护机理研究及应用[J]. 王洪涛,王琦,蒋敬平,李术才,刘平,杨勇,张欣,杨少波. 采矿与安全工程学报. 2019(04)
[3]沿空留巷聚乙烯醇纤维喷射混凝土快速封闭支护技术研究[J]. 姚刚,李农,武双兆,杨景院. 煤矿现代化. 2019(03)
[4]纤维混凝土的发展[J]. 朱建华. 山西建筑. 2018(32)
[5]不同长径比聚丙烯纤维增强混凝土的力学特性[J]. 罗洪林,杨鼎宜,周兴宇,单晨晨,刘鑫,赵方粒. 复合材料学报. 2019(08)
[6]地聚合物水泥土研究现状及应用发展前景[J]. 叶华洋,张伟锋,刘懿韬. 工程建设. 2018(07)
[7]煤炭革命新理念与煤炭科技发展构想[J]. 谢和平,王金华,王国法,任怀伟,刘见中,葛世荣,周宏伟,吴刚,任世华. 煤炭学报. 2018(05)
[8]基于微观力学和断裂力学试验方法的MMFM-ECC配合比设计[J]. 李晓琴,杜茜,战越,宋志刚. 云南大学学报(自然科学版). 2018(02)
[9]喷射混凝土及速凝剂研究发展现状与趋势[J]. 王子明,贾琳,王庄,李慧群,刘晓. 混凝土世界. 2017(12)
[10]新奥法在三连拱特大断面隧道施工中的应用[J]. 梁文添,陈劲慧. 岩石力学与工程学报. 2017(11)
博士论文
[1]功能梯度混凝土立井井壁承载性能研究[D]. 张宁.华北电力大学 2012
[2]高应力破碎软岩巷道棚—索协同支护围岩控制机理研究[D]. 荆升国.中国矿业大学 2009
硕士论文
[1]ECC材料基本力学性能研究[D]. 杜亮.苏州科技大学 2019
[2]纤维增韧喷射地聚合物性能研究[D]. 李帅.中国矿业大学 2019
[3]ECC-混凝土控裂功能材料力学性能的试验研究[D]. 周旭.扬州大学 2018
[4]聚丙烯纤维、纤维素纤维对衬砌混凝土性能影响的研究[D]. 王兆.河北工业大学 2017
[5]玄武岩纤维喷射混凝土在既有隧道加固中的应用及研究[D]. 奂光坤.西南交通大学 2013
[6]粉煤灰对超高韧性水泥基复合材料弯曲性能的影响试验研究[D]. 饶芳芬.大连理工大学 2008
本文编号：3024572
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