湿喷混凝土支护研究中最为重要的两个内容就是如何保证混凝土料浆管输流动性能与湿喷层支护力学性能。其中,管道输送能否顺利进行是混凝土料浆能否高质量喷射到待喷岩面上的基础。高寒区在采用湿喷混凝土技术进行岩体支护时,地表搅拌站制备好的混凝土料浆极易受到低温等因素地影响而流动性差,从而造成湿喷机管输阻力大及堵管频率高、喷射混凝土射流速度不稳定等问题,这使得混凝土料浆无法在岩面上均匀压实与粘附,最终成为导致混凝土回弹率高及湿喷混凝土支护效果不佳的关键原因之一。这说明在较低料浆初始温度(即高寒区搅拌站刚制备好的混凝土料浆温度)下,湿喷混凝土流动性能不达标,这严重影响了施工工效与湿喷支护效果,从而大大降低了高寒区应用湿喷混凝土技术的积极性。因此,有必要对初温效应下湿喷混凝土流变行为及其管输特性进行研究。本文主要针对高寒地区应用湿喷混凝土技术过程中存在的问题而展开研究,故混凝土料浆初始温度研究范围为常温(20℃)以下。因此,本文以低料浆初始温度下湿喷混凝土配合比优化研究为切入点,紧紧围绕着湿喷混凝土流变行为及其管输特性,开展了物理实验、理论分析、数值模拟及机理分析等研究。最终实现了湿喷混凝土管输阻力精准预测,揭示了高寒区湿喷混凝土流变行为及其管输特性初温影响机制,从而为高寒区湿喷技术的推广提供了一定理论基础。本文主要研究成果如下:(1)探明了适用于某金矿应用湿喷混凝土技术的最佳料浆初始温度与配合比。开展了不同料浆初始温度下湿喷混凝土正交流变实验,利用极差分析法优选了最佳料浆初始温度(20℃)与配合比(水泥掺量、砂率及水灰比分别为460 kg/m3、54%与0.46,其它参数与某金矿保持一致);通过开展RDP实验对优选参数进行了力学性能检验,确保了所推荐的配合比在推荐料浆初始温度下不仅能够保证最佳的混凝土料浆流变性能而且能够满足地下矿山湿喷混凝土支护力学性能要求。(2)构建了考虑初温效应的湿喷混凝土新型流变模型与管输阻力计算模型。在分析湿喷混凝土正交流变实验数据的基础上,建立了考虑初温效应的湿喷混凝土新型流变与管输阻力计算模型。在实际工程中湿喷混凝土配合比与湿喷机管道直径等参数为已知的情况下,不必开展流变实验而通过简单计算即可得到某一料浆初始温度下的混凝土料浆流变参数及其管输阻力,这较以往研究取得了较大进步。(3)揭示了料浆初始温度对湿喷混凝土管输特性的影响规律,检验了湿喷混凝土新型流变模型与管输阻力计算模型的可靠度。设计并构建了一种半工业级环管试验系统,通过改变料浆初始温度,分析了本文推荐配合比下的混凝土料浆管输特性,并利用实验结果对新模型进行了检验。结果表明,本文构建的湿喷混凝土新型流变模型预测屈服应力及塑性粘度的准确率最低分别为85.39%与85.86%,而管输阻力模型预测准确率最低为83.83%,这证明了本文两个新模型的可靠度;在本文研究的料浆初始温度范围内,较高料浆初始温度能够有效降低湿喷混凝土管输阻力。(4)实现了低料浆初始温度下湿喷混凝土管输阻力精准预测。借助FLUENT与EDEM软件耦合的方法,对不同料浆初始温度下湿喷混凝土管输流速与管输阻力进行了模拟研究。结果表明,耦合模拟结果与半工业环管试验结果保持高度一致,这说明利用本文构建的湿喷混凝土新型流变模型配合DEM-CFD耦合模拟能够精准预测湿喷混凝土管输特性。(5)阐明了湿喷混凝土流变行为及其管输特性初温影响机制。利用混凝土 SEM微细观孔裂隙结构分析等方法,从自由水含量角度分析了混凝土料浆流变行为初温影响机制;利用数学分析法建立了湿喷混凝土射流速度与射流冲击力数学方程,并以此揭示了湿喷混凝土管输特性初温影响机制。(6)提出了高寒区湿喷混凝土技术调控措施。针对某金矿寒冷期在应用湿喷混凝土技术时所存在的问题,提出了高寒区湿喷混凝土技术调控与优化措施,并在现场开展了优化前后湿喷机堵管频率、混凝土回弹率、混凝土试块抗压强度及巷道收敛变形等多方面的对比。结果表明,本文研究成果能够很好地解决高寒区湿喷混凝土管输流动性能差及湿喷支护效果不佳等问题。