基于锚杆的自应力注浆材料理论分析与试验研究

发布时间：2017-10-08 04:02

  本文关键词：基于锚杆的自应力注浆材料理论分析与试验研究

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【摘要】：锚注支护是巷道支护中最常见的支护方式之一,在注浆时大多数的注浆材料采用的是纯水泥浆。在地质条件复杂的情况下,可能由于纯水泥浆的结石体与锚杆、钻孔围岩的粘结力太小导致锚杆或者锚固体被拔出,进而导致整个锚固系统的失效。针对这一突出问题,本文提出了“钻孔自应力注浆材料增强支护效果技术”,主要从锚杆以及注浆体的参数分析、自应力注浆材料的力学试验、自应力注浆材料的膨胀试验以及拉拔试验等几个方面进行研究。借鉴了钢管混凝土技术,并将其应用于巷道注浆支护,把掺有膨胀剂的水泥浆注入巷道围岩的钻孔中,钻孔就相当于钢管混凝土中的钢管,靠着浆液凝固后产生的膨胀力,使得锚杆、掺有膨胀剂的结石体与钻孔围岩形成一个整体,从而增大了锚杆和锚固体的抗拔力,加强了支护效果。根据锚杆支护系统失效的原因以及膨胀剂本身的特性得出钻孔自应力注浆材料加固围岩的机理。通过理论分析,建立了锚杆支护的数学模型,分析了锚固体的参数,得出增加注浆体的直径和弹性模量能很好的增强锚固效果。制作5组(膨胀剂掺量分别为5%、10%、15%、20%和净浆)注浆结实体试块,并对其进行力学试验研究,试验结果表明：通过28天养护后,掺入膨胀剂的试块强度比普通水泥净浆试块的强度提高了10%。通过模拟钻孔的钢管,制作了4组自应力注浆体试件(膨胀剂掺量分别为5%、10%、15%、20%),灌注注浆体前,在钢管外壁L/2位置沿环向和轴向四个部位粘贴环向和轴向应变片,对试件进行膨胀性能试验研究。试验结果表明：钢管注浆体的初始自应力与膨胀剂掺量的大小有关,掺加膨胀剂的注浆体钢管外壁的应变在一定时期内增大较快,之后趋于平稳。根据钢管的环向和轴向应变计算出了自应力值的大小。最后进行了锚杆的拉拔试验,结果显示：使用自应力注浆材料锚固锚杆的拉拔力比用普通水泥注浆材料锚固锚杆的拉拔力提高了1.1倍。
【关键词】：钻孔围岩 膨胀剂 自应力 钢管混凝土 巷道注浆支护
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD353
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-22
• 1.1 研究意义10
• 1.2 注浆材料的发展与研究10-15
• 1.2.1 注浆法的历史10-12
• 1.2.2 注浆材料的发展和应用状况12
• 1.2.3 注浆技术的研究现状12-15
• 1.3 膨胀剂应用现状和研究进展15-16
• 1.3.1 国外膨胀剂的研究应用现状15
• 1.3.3 国内膨胀剂的研究应用现状15-16
• 1.4 钢管混凝土的研究现状以及应用16-20
• 1.4.1 钢管混凝土的特点16-17
• 1.4.2 钢管混凝土的研究现状17-19
• 1.4.3 钢管混凝土的应用现状19-20
• 1.5 研究内容和路线20-22
• 1.5.1 研究内容20
• 1.5.2 研究技术路线20-22
• 2 锚杆支护失效理论研究22-32
• 2.1 引言22
• 2.2 锚杆的结构22-23
• 2.3 锚固体的破坏模式和自应力注浆材料加固作用23-26
• 2.3.1 锚杆的拉断破坏23-24
• 2.3.2 锚杆和锚固体的结合面处破坏24
• 2.3.3 沿着锚固体与围岩体胶结面处破坏24-25
• 2.3.4 距锚固体与围岩体的胶结面一定范围的岩土层破坏25
• 2.3.5 锚杆周围浆体的破坏25-26
• 2.3.6 锚杆群的破坏26
• 2.4 锚杆锚固作用分析26-29
• 2.4.1 锚杆与注浆体相互作用机理27-28
• 2.4.2 注浆体和围岩体相互作用机理28-29
• 2.5 自应力注浆材料加固围岩机理29-30
• 2.6 本章小结30-32
• 3 基于锚杆对锚固体的参数分析32-44
• 3.1 引言32
• 3.2 锚固体变形受力分析32-35
• 3.2.1 力学模型32-33
• 3.2.2 锚杆施加预应力之后锚固体整体受力分析33-35
• 3.3 实例分析35-37
• 3.3.1 锚固体受力分析36-37
• 3.3.2 关于锚固体锚固功效的因素分析37
• 3.4 各类不同参数对锚固体锚固效果的分析37-42
• 3.4.1 注浆体和围岩体综合参数对锚固效果影响37-39
• 3.4.2 锚固体弹性模量的差别对锚固效果的影响39-40
• 3.4.3 锚固体直径的差别对锚固效果的影响40-41
• 3.4.4 锚杆的预应力对锚固效果的影响41-42
• 3.5 结论42
• 3.6 本章小结42-44
• 4 钻孔自应力注浆材料力学性能试验研究44-55
• 4.1 引言44
• 4.2 自应力注浆材料密实结构分析44-45
• 4.3 材料选取45-47
• 4.3.1 钢模45-46
• 4.3.2 膨胀剂46
• 4.3.3 水泥和水46
• 4.3.4 自应力注浆材料试件的制作46-47
• 4.4 加载装置47-48
• 4.5 自应力注浆材料力学性能分析48-54
• 4.6 本章小结54-55
• 5 钢管自应力注浆材料的膨胀性能研究55-62
• 5.1 引言55
• 5.2 自应力注浆材料试验研究55-58
• 5.2.1 材料55
• 5.2.2 试件制作55-56
• 5.2.3 试验过程56-57
• 5.2.4 钢管限制膨胀性能试验结果与分析57-58
• 5.3 钢管自应力注浆材料的自应力58-61
• 5.4 本章小结61-62
• 6 锚杆抗拔试验研究62-69
• 6.1 引言62
• 6.2 相似材料研制试验62-66
• 6.2.1 试验材料62-63
• 6.2.2 材料制作63-64
• 6.2.3 模拟围岩力学参数测定64-65
• 6.2.4 试验过程65-66
• 6.3 试验结果66-68
• 6.4 本章小结68-69
• 结论与展望69-72
• 结论69-70
• 展望70-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-77
• 攻读学位期间发表的与学位论文内容相关的学术论文及研究成果77

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