The Rheological Properties of Ultra-fine High Performance Grouting Cement

The material properties of surface and powder, rheological property, and mineral composition were investigated by means of SEM, XRD, Malvern laser granulometer and rotary, viscometer. The influence of a admixture on ultra-fine cement rheological properties and its mechanism, were studied in material theories. The results show that the ultra-fine fly ash has a higher zeta potential, and improves flowability of ultra-fine cement paste, decreases flowability loss as time prolonging, improves compatibility between superplasticizers and cement because of the electrostatic repulsion, ball bearing effect, filling and dispersing effect of admixtures and delay-releasing effect of superplasticizers.

Failure mechanism of bolting support and high-strength bolt-grouting technology for deep and soft surrounding rock with high stress

In deep underground mining, the surrounding rocks are very soft with high stress. Their deformation and destruction are serious, and frequent failures occur on the bolt support. The failure mechanism of bolt support is proposed to solve these problems. A calculation theory is established on the bond strength of the interface between the anchoring agent and surrounding rocks. An analysis is made on the influence law of different mechanical parameters of surrounding rocks on the interfacial bond strength. Based on the research, a new high-strength bolt-grouting technology is developed and applied on site. Besides, some helpful engineering suggestions and measures are proposed. The research shows that the serious deformation and failure, and the lower bond strength are the major factors causing frequent failures of bolt support. So, the bolt could not give full play to its supporting potential. It is also shown that as the integrity, strength, interface dilatancy and stress of surrounding rocks are improved, the bond strength will increase. So, the anchoring force on surrounding rocks can be effectively improved by employing an anchoring agent with high sand content, mechanical anchoring means, or grouting reinforcement. The new technology has advantages in a high strength, imposing pre-tightening force, and giving full play to the bolt supporting potential. Hence, it can improve the control effect on surrounding rocks. All these could be helpful references for the design of bolt support in deep underground mines.

Bolt-grouting combined support technology in deep soft rock roadway

Analyzing the mineral composition, mechanical properties and ground stress testing in surrounding rock,the study investigated the failure mechanism of deep soft rock roadway with high stress. The boltgrouting combined support system was proposed to prevent such failures. By means of FLAC3D numerical simulation and similar material simulation, the feasibility of the support design and the effectiveness of support parameters were discussed. According to the monitoring the surface and deep displacement in surrounding rock as well as bolt axial load, this paper analyzed the deformation of surrounding rock and the stress condition of the support structure. The monitor results were used to optimize the proposed support scheme. The results of field monitors demonstrate that the bolt-grouting combined support technology could improve the surround rock strength and bearing capacity of support structure, which controlled the great deformation failure and rheological property effectively in deep soft rock roadway with high stress. As a result, the long term stability and safety are guaranteed.

套筒灌浆搭接及对接接头高应力反复拉压试验

为比较套筒灌浆搭接及对接接头间力学性能差异,进行了41个搭接接头和20个对接接头的单拉及高应力反复拉压试验。结果表明:单拉及高应力反复拉压时,两种接头均能实现最大力下总伸长率大于6%、延性系数大于4,强度基本满足规范要求;高应力反复拉压后单拉时,两种接头承载力均有所提高,但接头初始刚度和延性下降;防偏转措施可减少搭接接头残余变形,但其约束刚度有限,搭接接头残余变形略大于对接接头,防偏转搭接接头及对接接头残余变形基本满足规范要求;高应力反复拉压后单拉时,搭接接头套筒中部截面在加载前期纵向受拉、环向受压,加载后期纵向受压、环向受拉,对接接头套筒加载过程中均为纵向受拉、环向受压;高应力反复拉压结束后单拉时,防偏转、不防偏转搭接接头套筒中部截面近钢筋侧最大纵向拉应变分别为对接接头的0.10~0.39倍、0.13~0.18倍,最大环向压应变分别为对接接头的0.09~0.49倍、0.02~0.32倍,搭接接头对套筒材性要求较低;钢筋直径相同时搭接接头材料成本较对接接头降低约35%。

新型承插式螺栓连接柱-柱节点抗拉性能研究

为实现模块化钢结构单元房间的上下连接,提出一种新型承插式螺栓连接柱-柱节点,以有无注浆、承插深度为参数设计并制作3个足尺节点试件,并对其进行抗拉试验,分析了各节点的破坏形态、应变分布以及承载能力等,探讨了该新型节点的抗拉性能.建立了数值分析模型,进行了轴拉荷载作用下的受力性能参数化分析,研究了承插深度、螺栓直径及内套筒厚度对节点抗拉承载力的影响.基于高强螺栓的抗剪承载力,提出了适用于该新型节点的抗拉承载力计算公式.研究结果表明:该新型节点可将轴向拉力有效传递至高强螺栓,试件破坏时均出现高强螺栓群被剪断,灌浆节点试件发生破坏时,出现钢材与灌浆料界面的黏结破坏及螺栓周围局部灌浆料的压碎;高强螺栓群在拉力荷载作用下呈端部螺栓受剪较大、中心螺栓受剪较小的分布,试件破坏时,各螺栓承受的剪力趋于相等;灌浆节点与无浆节点相比,灌浆料与高强螺栓协同工作性能良好,弹性阶段最大摩擦力平均值提高64.4%,极限抗拉承载力提高14.1%;承插深度由300 mm增至500 mm,节点极限抗拉承载力提高80.9%;承插深度和螺栓直径对节点抗拉承载力影响较大,内套筒厚度对节点抗拉承载力的影响较小;根据提出的节点抗拉承载力计算公式得到的计算值与有限元模拟值吻合良好.

超深埋隧洞防渗排水措施与衬砌外水压力分布规律

高外水压力是制约超深埋水工隧洞建设的关键性难题之一,以排水孔为中心的综合堵排措施是降低外水压力的主要举措。为克服传统排水孔实体单元法整体网格划分难度大和计算效率较低的问题,首先,基于ABAQUS平台开发了两节点排水孔线单元模型,并验证其在隧洞工程数值模拟分析中的正确性和有效性;其次,建立了考虑防渗排水措施的围岩-衬砌三维有限元模型,研究多种防渗排水措施下的隧洞渗流场及衬砌外水压力分布规律;最后,探讨了防渗灌浆圈与排水孔设计参数对外水压力分布的影响,提出了防渗灌浆圈与排水孔间隔布置的原则。研究结果表明:所开发的两节点排水孔线单元具有较高的精度,在排水孔数目繁多的模型中具有极高效率;排水孔数目越多、深度越大、排距越小,衬砌外水压力越低;排水孔能够有效降低衬砌的外水压力,而防渗灌浆圈降外压能力有限;在排水孔末端间隔一定厚度围岩后再施作防渗灌浆圈,可更有效发挥两者的降压作用。

路基岩溶注浆施工分析与应用

针对皖南山区高速铁路路基施工中存在的岩溶发育、溶洞、地质情况复杂等不利地质环境,结合杭黄铁路工程实际,从岩溶路基施工方案的选择、实施及效果等方面,探讨了铁路中常见的岩溶注浆处理方法及施工要点。

纳米SiO_(2)增强高强套筒灌浆料及高温后性能试验研究

研究了常温下不同纳米SiO_(2)(NS)掺量(0、0.4%、0.8%、1.2%、1.6%、2.0%)对高强套筒灌浆料流动度和强度的影响,以及不同高温温度(150、200、250℃)下NS掺量对高强套筒灌浆料质量损失和强度的影响,并进行了微观机理分析。结果表明:常温下,NS的掺入降低了灌浆料的流动度,灌浆料的强度随NS掺量的增加先增大后降低;高温后,灌浆料的质量损失率随温度的升高逐渐增大,抗折强度逐渐降低,抗压强度先增大后降低;NS的掺入能够降低灌浆料的质量损失率和抗折强度损失率,提高抗压强度,且随着NS掺量的增加,质量损失率和抗折强度损失率先降低后增大;NS能够改善灌浆料的内部孔结构;随着温度的升高,灌浆料的内部结构先密实后疏松。

铜尾矿砂制备装配式建筑用高强灌浆料的研究

利用铜尾矿砂替代石英砂作为骨料制备水泥基灌浆料,以满足装配式建筑领域的需求。研究了铜尾矿砂替代率、灌浆料水灰比以及灰砂比对铜尾矿砂装配式建筑用灌浆料性能的影响。研究结果表明:水灰质量比0.29,灰砂质量比0.9,铜尾矿砂代替率70%时,添加适当的化学助剂,铜尾矿砂灌浆料的流动度、强度、膨胀率等均满足JG/T 408—2019的各项性能要求,尾矿砂的使用降低了灌浆料的生产成本。

高应力反复拉压作用下冷压灌浆套筒连接性能研究

为了降低工程使用成本,设计一种由无缝钢管冷压制成的灌浆套筒,并对其进行高应力反复拉压试验,研究其抗震性能和变形能力;分析了套筒肋间距、肋深、钢筋锚固长度和直径对灌浆套筒性能的影响;采用延性比对灌浆套筒接头的连接性能进行了评估。结果表明:试件的破坏类型分为钢筋拉断和钢筋拔出两种方式;钢筋直径为20 mm的试件极限锚固长度为5.5d(d为钢筋直径);肋深为0.5 mm的套筒u_(20)(u_(20)为接头经高应力反复拉压20次后的残余变形)不满足规范要求;随钢筋直径的增大,试件极限抗拉承载力和极限位移增大;随锚固长度增加,极限位移减小;肋间距和肋深的改变对试件的极限荷载、屈服荷载和位移无显著影响;钢筋直径增加时,套筒表面最大应变值成倍增加,说明钢筋直径越大对套筒结构稳定性越不利;对于该规格的套筒建议选用20 mm及以下直径的钢筋;试件延性比均大于4,且延性比为规范要求最低值的4.122 5倍~7.332 5倍,说明该接头具有较大的安全余量。

水泥基灌浆材料制备和基本性能研究评述

基于国内外研究现状,介绍了水泥基灌浆材料的基本原材料组成,并综述了其流动性能、凝结特性、膨胀性能、力学性能以及长期性能和耐久性能的研究成果,总结了研究中发现的基本规律并分析了其中存在的局限性,同时结合工程需求和建材行业发展趋势,对其未来的研究方向进行了展望并给出若干建议。

高流态封孔注浆材料力学性能及水化机制

为提高深部矿井煤层气抽采效率,针对目前常见的封孔注浆材料存在的高分子封孔材料价格昂贵易燃、普通水泥材料渗透性差、粉煤灰等膏体材料强度不足等问题,采用超细水泥为基料研发一种高流态封孔注浆材料。通过对高流态封孔注浆材料开展力学性能试验研究、结合扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等一系列试验的结果,揭示新型高流态封孔注浆材料水化机制。结果表明:高流态封孔注浆材料在水化初期就生成大量的水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和钙矾石(AFt)晶体;随着水化反应的持续,水化产物的凝胶粒子充填材料中的孔隙。与普通水泥封孔注浆材料相比,材料的水化反应更迅速、更充分、整体结构致密,比普通水泥封孔注浆材料抗压强度提高3.68%,更有利于保持瓦斯抽采钻孔的稳定性,提高瓦斯抽采效率。

深部巷道大断面交叉点联合支护技术研究

针对深部大断面巷道支护易发生失稳的难题,以唐山矿-1100中央轨道山下车场大断面交叉点为工程背景,开展工程地质调查及巷道变形情况分析,提出锚喷+锚注联合支护方案,并运用FLAC3D数值模拟分析支护方案改进前、后巷道变形情况。结果表明,常规锚网喷支护下大断面巷道顶板下沉和帮部位移量较大,巷道不能实现自稳;锚喷+锚注联合支护下巷道变形量大幅降低,巷道基本实现自稳。将该方案应用于工程实践,锚喷+锚注联合支护技术能够有效控制深部大断面巷道变形,顶板下沉量较原支护降低了78.8%,帮部位移量降低了54.8%,为同类工程背景提供可靠的技术参考。

纳米SiO_(2)增强高流态早强水泥灌浆材料的水化机理

为了满足民用基础设施日益增长的功能要求,水泥灌浆材料必须具有高流态、早强和低收缩的特定性能。本文采用正交试验方法研制了纳米SiO_(2)增强的高流态早强水泥灌浆材料(HECM),通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、差示扫描量热(DSC)测试分析了在不同养生龄期和纳米SiO_(2)含量情况下,纳米SiO_(2)对HECM微观结构和水化产物的影响机制。结果表明:HECM在养护1 d时的弯曲强度和抗压强度分别高于3.5 MPa和12 MPa,流动性和收缩率分别小于11s和0.15%;与普通水泥基材料相比,随着HECM中水化速率的加快,纳米SiO_(2)对强度的影响将提前发生。

高应力大断面巷道围岩注浆加固机理及其应用

为解决高应力大断面巷道服务期间变形严重的问题,利用莫尔-库仑准则和力学平衡原理,开展巷道松动圈注浆加固机理和力学模型分析,采用FLAC3D仿真计算软件对4种不同支护形式进行数值模拟,研究不同支护状态下巷道变形演化规律,并开展现场工程实践。研究结果表明:增加承载层的长度可以有效提高巷道围岩的稳定性,注浆加固可黏合破碎岩体,形成骨架结构;分层掘进可减小巷道围岩自由面,从而减缓应力释放速度;滞后注浆可在应力基本释放后对破碎岩体进行最大程度的黏合加固,加固后的松动圈形成整体结构后配合锚杆索支护,能够有效减少围岩破坏以及塑性区发育。实践证明:采用“分层掘进+滞后注浆+锚索补强”支护方案后,掘进期间,顶底板最大移近量约为50 mm,两帮最大移近量约为140 mm,底鼓量约为75 mm;5303工作面回采期间,顶底板最大移近量约为125 mm,两帮最大移近量约为350 mm,底鼓量约为173 mm,虽然回采期间巷道变形量较大,但整体变形可控,能满足深部大断面巷道支护要求。“分层掘进+滞后注浆+锚索补强”支护方案能够有效解决高应力大断面巷道严重变形问题,可在类似地质条件的矿井推广。

高压喷射注浆桥梁纠偏影响因素显著性分析

采用高压喷射注浆联合应力释放的方法,对已偏移桥梁墩台进行纠偏是一项切实可行的技术措施。为提高桥梁纠偏效率,快速恢复高速铁路正常安全运营,在分析高压喷射注浆桥梁纠偏原理基础上,建立了桥梁纠偏理论模型;基于弹性地基梁理论,推导了桥墩顶部位移计算解析式,分析了影响桥梁纠偏效率的主要因素;通过正交试验设计方法,探讨了桥梁纠偏影响因素的显著性,并以现场典型工程案例进行了验证。结果表明:影响桥梁纠偏效率的主要因素为土体地基系数、超孔隙水压力和注浆施工深度。施作应力释放系统后土体地基系数减小,桥墩日纠偏量由0.42 mm快速增至1.04 mm,增幅为148.8%;注浆压力由20 MPa增至25 MPa,产生的超孔隙水压力增大,桥墩日纠偏量由0.39 mm增至0.86 mm,增幅为118.2%;注浆施工深度由19 m增至24 m,桥墩日纠偏量由0.24 mm增至0.40 mm,增幅为69.5%。土体地基系数对桥梁纠偏效率的影响最显著,其次为高压喷射注浆产生的超孔隙水压力,注浆施工深度的影响最小。研究成果可为提高桥梁纠偏效率提供理论依据。

寒冷地区特高拱坝混凝土最高温度控制研究:以东庄拱坝为例

【目的】东庄特高拱坝位于北方寒冷地区,与国内其他已建200 m以上特高拱坝主要位于西南气候温和地区存在明显差异,混凝土温度控制难度大。为保证工程建设安全的前提下满足进度和质量要求,【方法】针对东庄大坝建设期夏季和冬季不同季节的控制最高温度标准,基于现场环境气温特性,建立有限元仿真分析模型,采用施工过程仿真技术对东庄拱坝不同冷却龄期、不同基础温差条件下的混凝土温度应力进行研究,将现场监测分析结果与仿真分析规律进行对比分析,提出了相应的最高温度控制建议。【结果】结果显示:为保障拱坝混凝土应力安全,最高温度不应高于26℃;为保障拱坝横缝可灌性,最高温度不应低于20℃。缝开度和温控防裂是一个需要协调的关系,基础温差增大,相应地,温度应力增大、开缝宽度变大、温控措施压力增大;基础温差降低,相应地,应力减小、开缝宽度降低、温控措施压力变小,但是存在缝开度不满足要求的风险,尤其在寒冷地区冬季施工最高温度较低,最终导致缝开度较小无法实现接缝灌浆工作。【结论】综合考虑以上两方面影响因素,给出了大坝混凝土最高温度控制的上限值和下限值,区间范围内最高温度的控制即可以满足接缝灌浆和防裂目的。计算成果可为拱坝施工过程的接缝灌浆温控方案调整提供技术支撑。

松软围岩巷道高渗透性无机材料注浆加固技术

为了研究高渗透性无机材料在松软围岩巷道进行注浆加固技术,以新景矿15124工作面回风巷为研究对象,通过地面试验及现场试验,分析了注浆材料性能。结果表明,高渗透性无机材料以超细水泥、微硅粉、粉煤灰与减水计组成,按0.73∶0.14∶0.12∶0.01的比例进行配比使用,材料初凝时间约为3 h、终凝时间约为24 h,其注浆时所形成的网络固结体,最终的抗压强度可达到35 MPa。材料颗粒主要为块状和片状,内部孔隙裂隙较少,致密性高,不易与水大面积反应。巷道内使用该材料注浆加固后,巷道深部裂隙宏观裂隙被封堵、离层填平;巷道表面顶底板累计移近量减小了71.95%,两帮累计移近量减小了74.6%。采用高渗透性无机材料加固后,巷道围岩变形效果得到了明显的控制。

嵌岩低桩承台锁口钢管桩围堰设计与施工技术

昌九高铁扬子洲赣江公铁大桥西支主桥为(48+144+320+144+48)m无砟轨道钢箱桁组合梁斜拉桥。桥塔墩位于通航河道内,桥位处河床覆盖层浅,基岩强度高,基础由大直径钻孔桩和矩形嵌岩低桩承台组成,承台采用锁口钢管桩围堰施工方案。G33号主墩围堰平面设计尺寸54.56 m×28.52 m,锁口钢管桩采用Q345B材质∅1020 mm螺旋钢管,长28 m,钢管桩之间采用C-T形锁扣连接;围堰设置4层内支撑,单层内支撑设3道对撑,内支撑四角设型钢斜撑;基底设置混凝土垫层参与围堰结构受力。围堰采用XR360旋挖钻机在岩层中引孔,孔内换填细砂后插打钢管桩,钢管桩壁内、外两侧换填砂采用高压旋喷注浆加固。围堰设置智能化监测系统,对围堰受力、变形等进行实时动态监控。实践证明,该桥围堰结构安全可靠、止水效果良好、施工快捷高效。

高强灌浆材料结合卡箍在导管架受损构件加固中的应用

以南海某海域一施工船与四桩导管架基础发生碰撞为背景,结合当前研究对导管架受损区域的承载力进行分析,计算得到受损截面凹陷处的轴向承载力和极限弯矩。简述海洋工程领域中受损构件的加固修复方法,探讨卡箍技术的理论研究现状及其在实际工程中的应用现状。基于典型灌浆卡箍修复技术提出一种采用80 MPa高强度灌浆材料结合卡箍技术进行加固修复的新方案,并采用有限元软件对加固后的组合结构进行数值模拟。仿真结果表明,该组合结构可有效改善导管架受损区域受力状况,提高结构的承载力。简述该方案的施工流程,以期为实际工程提供参考。