膨脹巖中巷道圍巖濕度場相似材料模型試驗研究.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),在膨脹巖體中開挖巷道,若能事先給定圍巖的濕度分布情況,便可了解和計算支護結(jié)構(gòu)受到圍巖作用的膨脹荷載,有利于支護結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計。但令人遺憾的是,迄今為止,國內(nèi)外尚沒有人對膨脹巖中巷道圍巖的濕度分布特征進行過研究。本論文創(chuàng)新地采用相似材料模型試驗方法,對采用鉆爆法施工的巷道圍巖含水量與原始應(yīng)力大小、巷道開挖工藝的關(guān)系進行試驗研究,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與施工提供依據(jù)。
　　本文首先進行了相似材料模型試驗設(shè)計,包括相似材料研制、含水量測試儀器的研制和模型試驗設(shè)計三部分內(nèi)容。
　　相似材料研制中包括膨脹巖相似材料的研制、錨噴支護材料選用與仰拱相似材料設(shè)計三部分內(nèi)容,含水量測試儀的研發(fā)主要包括測試儀器的研發(fā)和濕度傳感器的研制和標定,模型試驗設(shè)計涉及試驗裝置設(shè)計和巷道斷面設(shè)計兩部分內(nèi)容。
　　通過相似材料配比試驗研究,得到了能較好模擬膨脹巖的模型材料配比

3、,即細砂:膨潤土: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。
　　濕度傳感器的研制考慮制作方便性,采取了簡單的直線電極形式,以石膏為濕敏材料,制作了相似材料含水量量測傳感器。根據(jù)傳感器的電阻值與含水量的關(guān)系對傳感器進行了標定,并采用多項式對標定結(jié)果進行擬合。
　　然后,重點開展了膨脹巖中巷道圍巖濕度場和應(yīng)力場模型試驗研究。相似材料模型試驗研究基于巷道采

4、用鉆爆法開挖、錨桿+噴射混凝土支護,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)置時機三個因素,共設(shè)計了三個模型、共六個方案,以探索膨脹巖中巷道圍巖的濕度場分布特征,同時兼顧巷道圍巖應(yīng)力、巷道拱頂和邊邦變形的數(shù)據(jù)采集分析。
　　通過模型試驗研究可知:
　　①巷道開挖及支護過程中的施工用水,對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最終的含水量分布也有影響,但是沒有開挖時的施工

5、用水影響顯著。
　?、谌齻€模型試驗的含水量分布特點大致相同,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)過滲透與毛細作用,水分分別向遠離洞壁以及拱頂位置遷移。
　　③應(yīng)力環(huán)境對圍巖含水量影響不明顯。這是因為雖然高應(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,但隨著時間的推移,滲透會持續(xù)進行,因而不會造成圍巖中某點的含水量在高、低應(yīng)力環(huán)境下的差異。
　?、芟锏绹鷰r在開挖后產(chǎn)生了明顯的卸荷現(xiàn)象和應(yīng)力重分布