橡胶颗粒混凝土在高地应力软岩巷道底臌防治中应用可行性研究

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橡胶作为环境污染的重要组成部分,被称为“黑色污染”,当前,我国橡胶消耗量和进口量居世界首位,每年大约有1.4亿条废旧轮胎被废弃,浪费大量资源且污染环境。而将橡胶作为混凝土的粗骨料,不仅会消耗掉大量的废旧橡胶,还会对改变混凝土的性质有所帮助。
  本文在以往研究者的研究基础上,结合课题组前期所做的橡胶颗粒混凝土力学性能实验,对高应力深井软岩巷道底板卸压机理进行分析,提出了将橡胶颗粒混凝土作为卸压材料对高应力深井软岩巷道底板进行支护,通过数值模拟,探究了影响橡胶颗粒混凝土卸压效果的因素及最佳的橡胶橡胶颗粒混凝土层厚度。主要研究内容如下:
  (1)针对高应力软岩巷道底板的力学特性与软岩巷道底臌破坏的变形特征,提出了利用橡胶颗粒混凝土的大变形性能对底板围岩应力进行释放的支护形式,以降低巷道底板围岩应力,保证施工安全。
  (2)结合实验现象及结果,研究了橡胶颗粒混凝土单轴抗压强度、三轴抗压强度以及峰后残余强度,分析了橡胶颗粒混凝土在单轴和三轴状态下的基本力学特性。
  (3)通过建立数值分析模型,对应用橡胶颗粒混凝土的卸压效果以及橡胶颗粒混凝土的基本参数对卸压效果的影响规律进行研究,综合考虑巷道底板围岩应力,普通混凝土层及锚杆所承受荷载,得到橡胶颗粒混凝土的最佳支护方式为将橡胶颗粒混凝土应用在围岩与普通混凝土层之间。
  (4)利用橡胶颗粒混凝土层对高应力软岩巷道底板围岩进行卸压,通过数值模拟研究橡胶颗粒混凝土层厚度、普通混凝土层的厚度对巷道底板围岩应力和锚杆所承受荷载的影响。
  采用橡胶颗粒混凝土进行卸压可有效改变巷道底板围岩的应力级别,使巷道所处区域的应力降低,以减小巷道围岩发生大变形的可能性。对于提高巷道支护结构的可靠性、保证巷道施工安全等具有重要意义。
  通过对不添加橡胶颗粒混凝土层和添加橡胶颗粒混凝土层两种方案的对比,分析添加橡胶颗粒混凝土层的应用效果,并对橡胶颗粒混凝土的力学参数、各层支护结构厚度进行数值模拟及优化分析。得到得到最佳卸压效果的橡胶颗粒混凝土的最佳力学参数的取值范围为:弹性模量3~4GPa;单轴抗压强度3~5MPa;橡胶颗粒掺量范围为10%~15%;橡胶颗粒混凝土层最佳厚度为25~35cm;普通混凝土的最佳厚度为15~20cm。
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