秸秆/聚丙烯纤维-玻化微珠保温混凝土基本性能正交试验

应用正交试验法开展了16组秸秆/聚丙烯纤维-玻化微珠保温混凝土和3组玻化微珠保温混凝土基本性能试验。完成了秸秆粉末体积率VS、玻化微珠代砂率VG和聚丙烯纤维体积率VP这3种因素对秸秆/聚丙烯纤维-玻化微珠保温混凝土立方体抗压、劈裂抗拉强度极差和方差分析。结果表明:玻化微珠掺入可有效提高混凝土隔热保温性、工作性,但会造成强度损失。玻化微珠对混凝土抗压强度减小最为显著,最大损失幅度为24.64%,秸秆粉末和聚丙烯纤维对抗压强度影响可忽略;聚丙烯纤维对混凝土抗拉强度提高极为显著,最大提升幅度为16.72%,同时显著提高拉压比。基于试验数据建立了秸秆/聚丙烯纤维-玻化微珠保温混凝土抗压和抗拉强度预测模型,预测效果较好。

不同界面倾角岩石-混凝土组合体蠕变特性研究

为探究岩石-混凝土界面对地下建筑支护结构失效的影响,通过7种不同界面倾角的岩石-混凝土组合体试件的单轴和分级加载蠕变试验,研究了其蠕变特性。研究结果表明:随界面倾角的增大,组合体抗压强度呈“W”形变化,倾角在0°,45°,90°时出现极大值,而倾角在30°,60°~75°时出现极小值;并将其破坏模式分为轴向破坏、组合破坏、界面破坏等3种典型破坏模式。组合体蠕变破坏强度低于单轴抗压强度,表明长期加载对组合体会造成损伤;瞬时应变随界面倾角的增大,先减小后增大;与倾角0°的相比,倾角45°,60°,75°,90°的瞬时应变分别减少了22.68%,47.72%,52.01%,4.56%;蠕变比随应力水平的提高呈下降-稳定-上升3个阶段特征;随界面倾角的增大,蠕变破坏临界应力逐渐减小,蠕变稳定阶段逐渐缩短,组合体稳定性逐渐降低。基于试验结果对Burgers蠕变模型参数进行辨识,所得理论曲线与瞬时变形和衰减蠕变阶段试验数据吻合较好。研究成果可为深入认识混凝土支护与围岩结构界面倾角引起的蠕变破坏机制及地下建筑结构支护安全提供参考。

玻化微珠-水泥/水玻璃隔热注浆材料正交试验

目的为解决深部矿井开采出现的高温热害问题,提出以玻化微珠为掺合料的水泥/水玻璃注浆材料进行隔热支护的新思路。方法采用正交试验的方法,研究水灰比(因素A)、玻化微珠掺量(因素B)、水玻璃与水泥浆体积比(因素C)3种因素对注浆材料性能的影响。结果获得最优配比为A_(1)B_(3)C_(3),90d抗压强度为20.2MPa,即水灰比为0.6,玻化微珠掺量为45kg/m^(3),水玻璃与水泥浆体积比为0.6。3种因素对抗压强度的影响顺序为水灰比影响最大,其次是水玻璃与水泥浆体积比,最后是玻化微珠掺量;对于胶凝时间,水玻璃与水泥浆体积比有较为显著影响,玻化微珠掺量、水灰比影响较小;对于结石率,玻化微珠掺量和水灰比影响显著,其中后者影响更为显著,最后是水玻璃与水泥浆体积比,结石率最大可接近。结论该种新型隔热注浆材料强度大、结石率大,能够满足井下注浆施工的要求,对于井巷主动隔热环境控制有一定参考。

秸秆/聚丙烯纤维-玻化微珠保温混凝土抗冻融试验研究

为探索冻融循环下秸秆粉末、聚丙烯纤维和玻化微珠对保温混凝土导热性能的影响,采用正交试验设计16组保温混凝土并进行抗压强度、抗拉强度和导热系数的试验测试,分析秸秆粉末体积率(因素A)、玻化微珠代砂体积率(因素B)、聚丙烯纤维体积率(因素C)对秸秆/聚丙烯纤维-玻化微珠保温混凝土导热系数变化和质量损失的影响。结果表明,随冻融循环次数增加,混凝土隔热能力和质量均不断降低;80次冻融循环后导热系数平均增大49.97%,质量损失平均降低37.93%。极差分析表明,对导热系数的影响顺序为:因素A>因素B>因素C,对质量损失的影响顺序为:因素A>因素C>因素B。冻融循环下,秸秆纤维对保温混凝土导热系数、质量损失的影响较其他掺合料明显,并可有效延长热量传递路径,提高保温效果。

考虑微元强度韦伯分布与裂纹长度幂律排布的砂岩强度预测模型

构建统筹考虑岩石内部宏细微观缺陷影响的强度预测模型对于保障智慧矿山的建设以及井下人员设备的安全都具有重要意义。综合考虑岩石微元强度的韦伯分布与裂纹长度的幂律排布规律,采用数值模拟与理论推导方法分别建立损伤岩石试件的离散元计算模型与强度预测模型,并利用数值计算结果对理论模型的合理性进行验证。结果表明:①通过编程同时实现了PFC2D计算模型中微元强度的韦伯分布与裂纹长度的幂律排布,分析了岩石中的宏、细微观损伤与相应分布参数间的定量对应关系。②数值建立了400个同时考虑宏、细微观损伤的砂岩试件并对其进行了模拟加载,实现了对微元强度、预制裂纹信息及岩石强度间关系的统计分析。根据模拟结果构建了砂岩试件单轴抗压强度四维空间散点,得到了多损伤参量影响下的试件抗压强度流动规律。③联合Mori⁃Tanaka方法及岩石损伤概率分布理论,推导建立了12参数的岩石强度预测模型。该模型能够同时描述细微观微元强度与宏观裂纹信息对岩石强度的影响,并且理论模型计算结果与数值模拟结果高度吻合,相关系数达0.991。

基于TRIZ理论的许疃矿南翼探水巷底鼓控制技术研究

针对许疃煤矿33采区南翼探水巷底鼓治理工程实际问题,基于TRIZ理论,采用功能组件分析、因果轴分析,揭示了底鼓现象的原因,采用物-场分析和技术矛盾分析,完成了底鼓控制措施的概念性设计和优化,最终提出了“隔水层+反拱衬砌+锚杆+聚丙烯纤维混凝土地坪”的综合底鼓治理方案。在试验巷道完成反拱衬砌施工和现场监测,结果表明:施工完成后60 d的底板最大隆起量小于60 mm,底鼓控制效果显著。TRIZ理论作为一种高度有效的创新方法,扩展了巷道支护工程优化设计思路,为类似工程设计提供了有益参考借鉴。