深埋输水隧洞爆破开挖混凝土喷层质点峰值振动速度阈值研究

在地下洞室工程施工过程中,爆破的强扰动效应以及开挖过程地应力的剧烈释放对近区混凝土喷层质量的影响不可忽视。此次研究以具体工程为背景,利用数值模拟的方式研究了深埋输水隧洞爆破开挖过程中混凝土喷层的损伤规律和质点峰值振动速度阈值,并计算出相应的单响最大装药量,可以为工程施工设计提供必要的支持和借鉴。

煤矿区丙烯纤维混凝土喷层支护技术研究

为保证煤矿区巷道支护性能,提高煤炭资源开采过程中的安全性,研究了煤矿区丙烯纤维混凝土喷层支护技术。以某煤矿开采区巷道的水泵房与通风机房作为研究区域,选取丙烯纤维、水泥、钢纤维等材料并设置材料配合比后,配制丙烯纤维混凝土和钢纤维混凝土用于模拟对比分析;设计施工参数后,使用两种混凝土进行喷层支护施工;利用支护力学分析方法分析两种混凝土喷层支护体的力学性能,并使用堆砌法在FLAC3D程序内建立使用不同混凝土喷层支护体模型,展开两种混凝土支护效果模拟分析。模拟结果表明:在荷载力相同时,丙烯纤维混凝土喷层支护体塑性区承受的荷载力低于钢纤维混凝土喷层支护体;丙烯纤维混凝土喷层支护体的顶板最大下沉量数值较小,且其在相同荷载时的挠度曲线增加幅度较为缓慢,坚固性较好,具备较为显著的应用性。

混凝土喷层支护节理岩体等效力学模型及其应用

考虑喷层在节理面局部的限剪和限裂作用,提出喷层支护节理岩体流变模型,在此基础上推导出喷层支护节理岩体的本构关系,建立了一种喷层支护节理岩体等效力学模型。采用该模型进行结构有限元计算,喷层、节理均不需要离散网格,进行等效模拟;当实际节理裂隙的数量与方向或喷层的厚度变化时,也不需要变化计算网格,从而可降低前处理工作量,为大型复杂结构的计算分析提供较大便利。最后,通过算例和实际工程验证了该模型的有效性——不仅具有离散模型便于模拟喷层真实作用机制的优点,而且具有等效模拟简单易行的优点,具有较好的工程应用前景。

爆破对不同龄期混凝土喷层破坏的数值分析

以中国安徽某煤矿轨道大巷在掘进爆破施工过程中发生混凝土喷层崩落的事故为研究背景,利用ANSYS/LS-DYNA3D大型有限元模拟软件分析了应力波在不同龄期混凝土喷层的传播及其发生破坏的过程,给出了不同龄期内距掘进面的安全距离和研究了质点振动速度对混凝土喷层的影响,并进一步对混凝土喷层稳定性进行了分析,同时将数值计算得到的质点振动速度峰值与经验公式进行比较分析得出数值计算结果与经验公式基本吻合,数值模拟在研究爆破振动对不同龄期混凝土喷层的破坏是可行的,对巷道围岩加固具有一定的参考价值。

聚丙烯纤维混凝土喷层在矿业工程中的应用

随着煤炭开采向深部发展,地压显现十分明显,围岩变形量大,巷道破坏严重,对安全生产和经济效益产生较大的消极影响。采用普通混凝土喷层,施工后不久易出现裂缝,甚至逐渐发展到剥落和掉块,丧失了对围岩的封闭和支护作用,特别是在一批新型可伸长锚杆相继问世以后,这一不匹配问题更加突出。将聚丙烯纤维作为煤矿巷道混凝土喷层的辅助加强筋,能有效的解决这一难题。通过对聚丙烯纤维混凝土喷层的工业性试验研究可知,聚丙烯纤维有效提高了喷射混凝土的粘聚性,使喷层抗拉强度高、韧性好,且有效降低混凝土的回弹率和用量,施工工艺简单。由于不增加施工难度和工程费用,且力学性能优良质量可靠,在煤矿锚喷巷道支护中的应用前景十分广阔。

巷道混凝土喷层脱落的原因及预防措施

在喷射混凝土支护的巷道内,经常可以看到喷层脱落现象,给生产带来诸多不便,不仅增加了巷修工作量,更重要的是严重影响行人行车的安全,特别值得重视。陶二矿通过多年的实践,查找了影响因素,提出了具体的预防措施。

温度应力下边坡细石混凝土喷层开裂问题实测研究

针对细石混凝土喷层开裂,从而失去其作用,尤其是喷层内的钢筋网失去保护而锈蚀的问题。为此,根据连云港中云台山开挖深度约200 m的路堑岩质高边坡约10年的监测数据,开展细石混凝土喷层开裂问题的分析,结果表明,对于岩体变形大的区域,坡面钢筋网轴力与温度呈现正相关;根据应变协调原则,细石混凝土存在顺坡向拉裂问题,是坡面细石混凝土出现开裂原因之一;由于存在边坡岩体向坡内产生水平位移的部位,导致坡面细石混凝土喷层存在被揭起现象,这是坡面细石混凝土出现破坏的另一原因。

喷层混凝土-围岩组合体波动特性及动力特性研究

针对早龄期喷层混凝土与围岩黏结面近区介质的动态冲击问题,利用Φ75 mm SHPB试验装置,分别对龄期为3 d,7 d,10 d喷层混凝土-围岩组合体试件进行SHPB试验,对其应力波传播规律及其动态力学特性进行了研究。试验结果表明:透射系数与冲击速度和混凝土龄期密切相关,随冲击速度的增大,不同龄期试件透射数均呈减小的变化趋势,相同冲击速度下,透射系数随试件龄期的增大而增大;随着应变率的增大,试件混凝土破坏模式由张应变破坏向压剪破坏转变,岩石呈现出张拉破坏特征;组合体动态抗压强度及动态强度增长因子随应变率的增大而增大;应变率大于80 s^(-1)时,3 d龄期试件表现出塑性特性,7 d和10 d龄期试件则表现出脆性特性。

喷层混凝土-围岩组合体的循环冲击压缩试验研究

针对巷(隧)道爆破开挖施工中,喷层混凝土和围岩黏结面近区双层介质动态力学问题,利用Φ75 mm SHPB试验装置,对龄期为3 d,7 d,10 d的混凝土-岩石组合体试件进行不同冲击气压的循环冲击试验。结果表明,早龄期混凝土对组合体试件的动力特性影响较大,在0.52 MPa冲击气压下,循环冲击2次后,组合体试件力学特性由塑性转变为脆性,峰值应变减小,弹性模量增大,随着循环冲击次数的增加,组合体试件力学性能被劣化,峰值应变增大,弹性模量降低;循环冲击后,混凝土与岩石端面均出现张拉损伤裂纹,混凝土损伤较岩石严重。对比0.54 MPa和0.56 MPa试验结果,发现试件耗散能与损伤值呈负相关关系,低入射能条件下组合体试件损伤更小,这对现场施工具有重要的指导意义。

雁口山隧道浅埋地段初期支护混凝土喷层厚度参数研究

针对雁口山典型的浅埋大断面隧道,在高原复杂的地质条件下,考虑增大混凝土的厚度控制洞室变形,达到稳定隧道的目的。基于FLAC^3D模拟隧道三台阶核心土施工法,分析不同厚度的混凝土喷层对隧道施工过程中稳定性的作用,确定合理的支护参数。通过建模对初期支护不同喷层厚度的数值模拟、围岩的塑性区及喷混凝土弯矩图的分析,表明：混凝土喷层厚度的改变可减少隧道变形,对于隧道结构受力改变甚微;建议初支混凝土喷层厚度选取25-30cm。

三软煤层巷道锚网喷联合支护的数值模拟

通过数值模拟软件FLAC3D对梁家煤矿三软煤层4105工作面巷道锚网喷联合支护效果进行数值模拟,分析了联合支护后围岩位移应力分布和混凝土喷层及锚杆的力学特性。研究结果表明,三软煤层巷道锚网喷联合支护,有效地改善了围岩的应力状态,降低了顶板与两帮收敛速度与位移,但巷道底鼓较为明显,两帮锚杆承载明显大于顶板锚杆,底角锚杆最大,应确保底角锚杆的锚固效果,以限制底板和两帮的变形。锚网喷联合支护适应三软煤层变形特征,维持了巷道围岩稳定,满足梁家煤矿安全生产需要。

锦屏一级水电站地下厂房下游拱腰喷层裂缝成因分析

雅砻江锦屏一级水电站地下厂房的监测结果显示,下游拱腰处混凝土喷层开始出现鼓出开裂现象,随后裂缝持续扩展,喷层大量剥落;同时,下游拱腰处围岩位移和锚杆应力也显著增加。经过详细的现场地质调查,并结合厂房的受力情况进行数值计算,分析厂房下游拱腰处围岩变形破坏及混凝土喷层开裂剥落的原因。研究结果表明:高地应力和偏压作用在下游拱腰部位形成高强度的应力集中是导致该部位混凝土喷层开裂剥落的主要原因,主变室的开挖和围岩中第四组结构面的普遍发育加剧混凝土喷层的开裂和剥落。

巷道围岩喷射混凝土动态力学性能及损伤机理

为了揭示巷道围岩混凝土喷层在冲击载荷下的动态力学特性,采用SHPB技术对素混凝土和碳纤维布约束混凝土在冲击荷载作用下的动态力学性能进行研究。研究结果表明:碳纤维布加固的混凝土有明显的应变率效应,其增强效应明显强于素混凝土;碳纤维混凝土的破坏应力为素混凝土的1.27倍,破坏应变为素混凝土的2.4倍,其抵抗强度和延伸均显著提高;与素混凝土相比,碳纤维布可以延缓混凝土的损伤演化速率。

温度变化下围岩参数对隧洞喷层结构温度和应力的影响

在高地温环境下,地下洞室气温及围岩温度的变化会导致围岩应力、混凝土喷层温度和应力的改变,为了研究围岩参数随温度变化时对混凝土喷层温度和应力的影响,结合新疆某电站引水隧洞工程,研究高地温对围岩力学参数的影响,分析围岩参数随温度变化时对混凝土喷层温度和应力的影响机制,分别对围岩和喷层的热力学参数随温度变化时对喷层的温度和应力的影响进行了分析。研究结果表明,当温度从20℃升高至100℃时,围岩弹模、比热、导热系数和线膨胀系数随温度变化时对喷层应力影响不超过5%;混凝土弹模、比热、导热系数和线膨胀系数参数随温度变化时对喷层受力影响不超过5%,温度升高对喷层应力的影响较小。该问题的研究,为高地温区围岩喷层结构的设计和施工中采取合理的温控措施提供了理论依据。

软岩巷道新型柔性喷层材料配比及力学性能试验研究

普通混凝土喷层具有强度低、延展性能差等缺点,难以与锚杆支护相耦合共同维持软岩巷道围岩的稳定,文章以普通喷层材料为基础进行了材料配比试验,分别优化了新型柔性喷层材料的灰砂比、聚合物胶粉掺量、聚丙烯纤维掺量、有机乳液掺量,其配比为:灰砂比为1/2,5044n胶粉掺量为1. 5%,PP纤维掺量为0. 15%,PS乳液为20%,降低了巷道喷层的厚度,减少巷道施工及支护成本,通过地面喷射试验可知,新型柔性喷层材料具有回弹率低,硬化速度快,抗裂性能好等优点,能够满足软岩巷道大变形支护要求。

含软泥夹层灰岩顶板巷道“锚-架-喷”协同控制技术

针对含软泥夹层灰岩顶板巷道围岩原位强度低、完整性差的特点,探讨了其变形破坏的内在原因,提出了"双层承载拱"加固机理及"锚-架-喷"协同控制技术;将矩形断面巷道优化为拱形断面,通过提高锚杆(索)的强度和刚度、施加高预紧力,在围岩体内部形成"深部承载拱"结构;同时在巷道中架设U型钢可缩性支架,使其在巷道表面形成"浅部承载拱"结构;最后采用混凝土喷层封闭巷道表面,防止围岩风化和遇水软化,充分发挥"双层承载拱"结构的承载能力,以实现巷道的长期稳定。现场实践表明:采用以"锚-架-喷"为基础的协同控制技术,巷道围岩变形量降低90%以上,显著提高了含软泥夹层灰岩顶板巷道的稳定性。

煤矿巷道绿色喷射封闭支护技术研究

在传统的喷射混凝土材料中,加入聚合物胶粉、抗裂短纤维、有机乳液等成分,研发了新型聚合物喷层,其力学性能明显优于传统的混凝土喷层,并对螺杆泵的动力源、喷射抢和搅拌进料系统进行改进,形成满足煤矿巷道等狭小地下空间工程施工要求的新型喷射机具。通过地面喷射试验和地下巷道喷射工业性试验,形成了新型聚合物喷层支护技术,具有喷射物料回弹率低、喷枪雾化效果好、粉尘污染程度小和喷层力学性能稳定等优点。

深部岩巷混杂纤维混凝土力学特性研究及应用

针对车集煤矿深部岩巷在高地应力作用下混凝土喷层开裂剥离严重的问题,分析了深部岩巷混凝土喷层的破坏机理;通过理论分析和力学实验,研究了混杂纤维混凝土力学性能增强机理,实验结果表明了按一定比例混杂化学纤维可有效提高混凝土的力学性能;确定了混杂纤维混凝土的配比和喷浆工艺。现场实践表明,混杂纤维混凝土喷层支护效果良好,改善了车集煤矿深部岩巷混凝土喷层开裂剥离严重的不良局面。

温差影响下水工隧洞喷层结构的早期劈拉强度试验研究

新疆西昆仑山腹地的布仑口-公格尔水电站高温引水隧洞的现场实测资料表明,施工期间隧洞的混凝土喷层在高温场中,一侧接触温度较高的岩体,另一侧接触低温冷空气,处于明显的高温差环境。喷层混凝土结构在温差条件下的应力劣化程度如何,以及能否会造成喷层产生局部裂缝,成为亟待解决的工程难题。本文结合现场工程具体工况条件,研制出特定的保温加热装置,在100℃范围内对经历温度差的聚酯纤维混凝土、聚丙烯纤维混凝土、聚丙烯腈纤维混凝土以及普通喷射混凝土试件的劈拉强度进行室内试验研究。比较分析其劈拉强度受不同温度差的影响规律,初步提出喷层混凝土温差条件下的劈拉强度表达式,为高温隧洞喷层混凝土结构的后期强度设计提供理论依据。

调压井结构有限元分析

通过对电站引水洞的调压井结构体进行三维有限元计算,分析了锚杆、钢纤维混凝土喷层和混凝土衬砌的主要受力状况,并以此结果指导、验证了设计工作。