軟巖-水相互作用及軟巖泥化物固化特性試驗(yàn)研究.pdf

1、本文以治理軟巖巷道底板泥巖泥化物為工程背景，提出采用自研泥化物高效固化劑與聚丙烯纖維固化巷道底板泥巖泥化物，以形成礦山地下運(yùn)輸?shù)缆?，保障生產(chǎn)的順利進(jìn)行。論文通過(guò)水—泥巖相互作用試驗(yàn)，研究了泥巖遇水后，水溶液化學(xué)場(chǎng)變異與巖石宏觀物理力學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系；分析了高嶺石型泥巖遇水軟化的原因與機(jī)理；通過(guò)大量的室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)泥化物固化體的物理、力學(xué)、疲勞、損傷等特性進(jìn)行了系統(tǒng)分析與研究；最后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與數(shù)值模擬對(duì)巷道固化底板的適用性進(jìn)行了驗(yàn)證。本文

2、的主要研究?jī)?nèi)容及成果如下： 1)通過(guò)泥巖試樣浸水試驗(yàn)，對(duì)水—巖相互作用過(guò)程中泥巖的物理力學(xué)特性進(jìn)行了研究；通過(guò)電位滴定儀、電導(dǎo)儀、等離子體發(fā)射光譜儀、離子色譜儀等設(shè)備，對(duì)不同時(shí)間點(diǎn)水溶液的pH值、電導(dǎo)率、陰陽(yáng)離子濃度等參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果詳細(xì)分析了水溶液相關(guān)參數(shù)(pH值、電導(dǎo)率、陽(yáng)離子濃度、陰離子濃度)與巖石物理力學(xué)參數(shù)(抗壓強(qiáng)度、彈性模量、含水率)的關(guān)系，建立了水溶液化學(xué)性質(zhì)與巖石損傷的關(guān)系演化模型，并用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)

3、行了驗(yàn)證． 2)通過(guò)X射線衍射儀(XRD)、能譜分析儀(EDX)、掃描電鏡(SEM)、X射線熒光光譜儀(XRF)等試驗(yàn)設(shè)備，對(duì)神東礦區(qū)高嶺石型泥巖及泥化物的物質(zhì)組成與微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試，研究了該泥巖遇水軟化過(guò)程中微觀結(jié)構(gòu)與物質(zhì)組成的動(dòng)態(tài)變化特征，并對(duì)泥巖遇水軟化的原因與機(jī)理進(jìn)行了分析。 3)針對(duì)泥巖泥化物的微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研制了一種高效泥化物固化劑。通過(guò)不同固化劑摻量、養(yǎng)護(hù)齡期固化體的力學(xué)性能試驗(yàn)，對(duì)固化體的強(qiáng)度與變形規(guī)律進(jìn)

4、行了研究，得到了固化體一定齡期內(nèi)抗壓強(qiáng)度與破壞變形的預(yù)測(cè)方程，提出了基于齡期的“最低固化劑摻量”概念。 4)為提高固化體的韌性，將聚丙烯纖維、固化劑與泥化物拌合制成纖維固化體。通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)研究了纖維固化體的物理力學(xué)特性，分析了不同固化劑摻量、纖維摻量及纖維長(zhǎng)度對(duì)纖維固化體力學(xué)性能的影響與作用效果，了解了纖維固化體的抗?jié)B性與水穩(wěn)定性；通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)纖維固化體的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察，分析了纖維對(duì)固化體的加固作用機(jī)理。

5、 5)通過(guò)纖維固化體靜態(tài)全過(guò)程試驗(yàn)得到了不同配比纖維固化體體積壓密點(diǎn)的位置；通過(guò)單軸壓縮疲勞動(dòng)載試驗(yàn)以及唯像學(xué)的方法，確定出了不同配比纖維固化體疲勞門(mén)檻值在其應(yīng)力應(yīng)變曲線上的分布范圍，研究了纖維固化體的極限變形規(guī)律和疲勞變形特征，對(duì)影響纖維固化體疲勞壽命和破壞進(jìn)程的因素進(jìn)行了分析。以試驗(yàn)數(shù)據(jù)與疲勞損傷理論為基礎(chǔ)，提出了纖維固化體的疲勞損傷演化方程，并用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證。 6)通過(guò)纖維固化體的單軸循環(huán)加卸載試驗(yàn)，分析了

6、纖維固化體損傷變量與應(yīng)力、應(yīng)變之間的關(guān)系，以及損傷應(yīng)力、應(yīng)變閥值與損傷變量的關(guān)系；通過(guò)假設(shè)纖維固化體的損傷變量服從Weibull分布，將損傷應(yīng)變閥值以參數(shù)的形式引入Weibull模型，提出了基于三參數(shù)Weibull分布的損傷演化與本構(gòu)關(guān)系模型，并用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證與分析。 7)將固化劑與聚丙烯纖維應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)泥化底板硬化試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的泥化底板治理方案是切實(shí)可行的，固化底板在井下具有良好的力學(xué)與水穩(wěn)定性，路面整