冻融循环条件下岩体-喷层结构模型试验研究

针对南方地区极端冰雪灾害下的边坡岩体和支护体的变形破坏现象,提出在冻融循环条件下岩体-喷层结构一体的室内模型试验方法。选取砂岩-混凝土一体化试样,置于自行研制的高低温环境试验箱中进行冻融循环条件下的模型试验。利用静态应变测试系统和光纤光栅测试技术同步采集应变数据,分析冻融循环过程中砂岩、混凝土、砂岩-混凝土胶结面的变形及原因。岩石表面应变花数据表明,当温度降至0℃以下时主应变增大,升温后主应变减小;混凝土表面应变花数据表明,该点处主应变随温度升高而增大,随温度降低而变小。2种测试手段均测得胶结面处应变同时受岩石和混凝土的影响,是两者共同作用的结果。据此拟合出胶结面处最大应变与冻融次数的关系表达式,归纳出岩体-喷层结构一体化在冻融循环作用条件下的冻胀损伤机制。

高地温水工隧洞围岩喷层结构承载特性研究

为研究水工隧洞在高地温复杂环境下喷层结构的受力特性,以新疆某高地温引水隧洞为依托,采用理论分析和数值模拟的方法,对高地温引水隧洞喷层结构的受力特性进行了研究,并分析了线膨胀系数、围岩不同深度温差以及地应力水平侧压力系数对隧洞喷层结构受力特性的影响。由计算结果可知:在高地温情况下,理论计算的径向压应力最大值为2.07 MPa,环向压应力最大值为35.37 MPa;数值模拟的径向压应力最大值为4.36 MPa,环向压应力最大值为34.37 MPa。通过对比发现:理论计算的径向位移最大值为1.2 mm,环向位移最大值为0.75 mm;数值模拟的径向位移最大值为2.1 mm,环向位移最大值为0.95 mm。数值模拟的结果表明:隧洞围岩喷层结构承受的应力随着线膨胀系数增加会增大;喷层的拱顶与拱底处承受的环向应力随着温差的增加会增大,喷层的拱腰处承受的环向应力随着温差的增加会减小;喷层结构承受的应力随着地应力水平侧压力系数的增加会增大。

改性脱硫石膏基混凝土喷层结构模型试验

将工业副产石膏,经过改性处理,用改性脱硫石膏作为水泥的替代物。通过试验模拟巷道支护的受力情况,得出改性脱硫石膏基混凝土喷层结构模型的强度。从而可知改性脱硫石膏基混凝土喷层结构模型具有很高的承载力,用改性脱硫石膏基复合材料部分替代传统的水泥基喷射混凝土应用于矿区的岩巷喷层支护结构中是可行的。

改性脱硫石膏基混凝土支护结构模型试验研究

为了解决脱硫石膏大量堆置带来的环境污染问题,拟将改性脱硫石膏作为胶凝材料替代水泥应用于巷道喷层支护中。为了验证该类支护结构的可靠性,设计了不同加载条件下改性脱硫石膏基混凝土巷道喷层支护结构模型试验,对改性脱硫石膏基混凝土支护结构的力学特性进行了系统研究。试验结果表明:改性脱硫石膏基混凝土支护结构的整体承载力较大,替代水泥混凝土用于煤矿巷道支护是可行的;侧压是决定整个支护结构承载力大小的关键因素,随着侧压的逐渐增大,支护结构的整体承载力逐渐减小,且试件的破坏形式由拱部压剪破坏逐渐向腿部受拉破坏过渡。