膨脹巖中巷道圍巖濕度場(chǎng)相似材料模型試驗(yàn)研究.pdf

1、膨脹巖的膨脹力和膨脹變形與其含水量或濕度直接相關(guān),在膨脹巖體中開(kāi)挖巷道,若能事先給定圍巖的濕度分布情況,便可了解和計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)受到圍巖作用的膨脹荷載,有利于支護(hù)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)。但令人遺憾的是,迄今為止,國(guó)內(nèi)外尚沒(méi)有人對(duì)膨脹巖中巷道圍巖的濕度分布特征進(jìn)行過(guò)研究。本論文創(chuàng)新地采用相似材料模型試驗(yàn)方法,對(duì)采用鉆爆法施工的巷道圍巖含水量與原始應(yīng)力大小、巷道開(kāi)挖工藝的關(guān)系進(jìn)行試驗(yàn)研究,探索膨脹性圍巖在不同的地質(zhì)環(huán)境和施工工藝條件下的濕度分布規(guī)律,

2、為膨脹巖巷道合理支護(hù)與施工提供依據(jù)。
　　本文首先進(jìn)行了相似材料模型試驗(yàn)設(shè)計(jì),包括相似材料研制、含水量測(cè)試儀器的研制和模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)三部分內(nèi)容。
　　相似材料研制中包括膨脹巖相似材料的研制、錨噴支護(hù)材料選用與仰拱相似材料設(shè)計(jì)三部分內(nèi)容,含水量測(cè)試儀的研發(fā)主要包括測(cè)試儀器的研發(fā)和濕度傳感器的研制和標(biāo)定,模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)涉及試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)和巷道斷面設(shè)計(jì)兩部分內(nèi)容。
　　通過(guò)相似材料配比試驗(yàn)研究,得到了能較好模擬膨脹巖的模型材料配比

3、,即細(xì)砂:膨潤(rùn)土:石膏:水泥:水=1000:1200:450:350:700,控制含水量為23.3％,以便于模型澆注以及相關(guān)參數(shù)量測(cè)。
　　濕度傳感器的研制考慮制作方便性,采取了簡(jiǎn)單的直線電極形式,以石膏為濕敏材料,制作了相似材料含水量量測(cè)傳感器。根據(jù)傳感器的電阻值與含水量的關(guān)系對(duì)傳感器進(jìn)行了標(biāo)定,并采用多項(xiàng)式對(duì)標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行擬合。
　　然后,重點(diǎn)開(kāi)展了膨脹巖中巷道圍巖濕度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)模型試驗(yàn)研究。相似材料模型試驗(yàn)研究基于巷道采

4、用鉆爆法開(kāi)挖、錨桿+噴射混凝土支護(hù),考慮工程所處的初始應(yīng)力水平、是否設(shè)置仰拱以及仰拱設(shè)置時(shí)機(jī)三個(gè)因素,共設(shè)計(jì)了三個(gè)模型、共六個(gè)方案,以探索膨脹巖中巷道圍巖的濕度場(chǎng)分布特征,同時(shí)兼顧巷道圍巖應(yīng)力、巷道拱頂和邊邦變形的數(shù)據(jù)采集分析。
　　通過(guò)模型試驗(yàn)研究可知:
　?、傧锏篱_(kāi)挖及支護(hù)過(guò)程中的施工用水,對(duì)圍巖含水量大小及其分布有重要影響,主要呈上小下大的含水量分布特征。圍巖的起始含水量對(duì)最終的含水量分布也有影響,但是沒(méi)有開(kāi)挖時(shí)的施工

5、用水影響顯著。
　?、谌齻€(gè)模型試驗(yàn)的含水量分布特點(diǎn)大致相同,由于施工用水主要滯留在底板上,在巷道底部形成高含水量區(qū)域,再經(jīng)過(guò)滲透與毛細(xì)作用,水分分別向遠(yuǎn)離洞壁以及拱頂位置遷移。
　?、蹜?yīng)力環(huán)境對(duì)圍巖含水量影響不明顯。這是因?yàn)殡m然高應(yīng)力環(huán)境下施工用水的滲透速度較低應(yīng)力環(huán)境下小,但隨著時(shí)間的推移,滲透會(huì)持續(xù)進(jìn)行,因而不會(huì)造成圍巖中某點(diǎn)的含水量在高、低應(yīng)力環(huán)境下的差異。
　　④巷道圍巖在開(kāi)挖后產(chǎn)生了明顯的卸荷現(xiàn)象和應(yīng)力重分布