土工格室加筋軟巖巷道底板試驗(yàn)研究及理論分析.pdf

1、土工格室是近年來被廣泛使用的一種新型特種土工合成材料。土工格室以其空間側(cè)向約束機(jī)理使土體表現(xiàn)“似粘聚力"和側(cè)向應(yīng)力擴(kuò)散效應(yīng)，使加筋土體的承載力大大提高。本文以礦山巷道工程為背景，提出采用土工格室加筋石灰一粉煤灰固化軟巖泥化物，治理泥巖巷道遇水泥化而形成的泥濘道路，形成無鋪面地下運(yùn)輸?shù)缆?。通過室內(nèi)配比試驗(yàn)、條帶拉伸試驗(yàn)、大型承載板試驗(yàn)及理論分析與數(shù)值模擬等方法，開展的主要研究內(nèi)容及取得成果如下： 通過X-熒光分析試驗(yàn)與掃描電鏡(S

2、EM)分析了泥巖的礦物成份和微觀結(jié)構(gòu)，揭示了泥巖的泥化機(jī)理；并通過對不同配比的石灰、粉煤灰和風(fēng)干泥化物混合料擊實(shí)試驗(yàn)得到了石灰一粉煤灰固化泥化物的最優(yōu)配比(質(zhì)量百分比)為：1∶2∶7，采用無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)分析混合料中泥化物含水量對混合料強(qiáng)度的影響，最優(yōu)配比下固化物強(qiáng)度隨齡期的發(fā)展規(guī)律及其微觀機(jī)理，并采用壓縮試驗(yàn)、三軸試驗(yàn)等試驗(yàn)方法得到了固化物的物理力學(xué)特性。 采用條帶拉伸試驗(yàn)法，對高密度聚乙烯(HDPE)窄帶進(jìn)行拉伸試驗(yàn)研究，

3、分析HDPE材料應(yīng)變率相關(guān)的應(yīng)力～應(yīng)變特性，得到HDPE材料拉伸模量、最大拉伸應(yīng)力與應(yīng)變率的關(guān)系，提出應(yīng)變率相關(guān)的應(yīng)力～應(yīng)變關(guān)系數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)實(shí)際工程應(yīng)變特點(diǎn)，詳細(xì)分析了在小應(yīng)變條件下HDPE條帶的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系數(shù)學(xué)模型，給出了模型參數(shù)的物理意義，并就所提出的模型與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析。 根據(jù)土工格室加筋土體的力學(xué)機(jī)理，采用極限平衡分析法，利用三角形條塊法求作用在三角形剛性楔體兩滑動剪切面上的被動土壓力，并考慮了土—土工格室側(cè)壁

4、相互作用對地基承載力的貢獻(xiàn)，以及ii格室膜的“環(huán)向應(yīng)力”效應(yīng)使土體獲得的“似粘聚力”對承載力的貢獻(xiàn)，提出土工格室加筋軟基承載力公式，與已有的公式進(jìn)行了對比分析，并采用數(shù)值分析和已有模型試驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了公式的合理性和正確性。 通過單向壓縮試驗(yàn)和大型承載板試驗(yàn)深入研究了土工格室加筋土體的承載力特性及加筋機(jī)理，分析了土工格室加筋不同填料的承載力特性及破壞模式、加筋復(fù)合結(jié)構(gòu)體中土工格室的拉伸應(yīng)變特性、應(yīng)力擴(kuò)散效應(yīng)、填土對格室側(cè)壁作用力特

5、性以及加筋復(fù)合結(jié)構(gòu)體的等效模量計(jì)算方法，最后采用塑性力學(xué)理論分析了土工格室加筋土體的力學(xué)機(jī)理，給出土工格室加筋墊層地基承載力可采用的承載力計(jì)算公式。 采用連續(xù)介質(zhì)快速拉格朗日差分法軟件FLAC3D，以神東礦區(qū)榆家梁煤礦44200回順巷道底板硬化為例，采用GeogridSEL單元模擬土工格室，實(shí)體單元模擬加筋土體，研究了土工格室加筋石灰—粉煤灰固化軟巖泥化物所形成的無鋪面地下運(yùn)輸?shù)缆返牧W(xué)特性，并對土工格室與土體之間的相互作用進(jìn)行

6、了深入的研究，分析了土工格室加筋土體的應(yīng)力擴(kuò)散效應(yīng)、填土對土工格室側(cè)壁土壓力、及土工格室材料拉伸模量和土工格室材料界面摩擦特性對填土與格室相互作用的影響，揭示了土工格室——填土相互作用的力學(xué)行為。 為進(jìn)一步驗(yàn)證本文室內(nèi)試驗(yàn)和理論研究成果的正確性和合理性，根據(jù)現(xiàn)場條件，進(jìn)行了通行重載車輛的模擬現(xiàn)場試驗(yàn)和現(xiàn)場工業(yè)性試驗(yàn)與檢驗(yàn)，經(jīng)三個月的實(shí)際運(yùn)用，表明本文所提出的方案在實(shí)際工程中是確實(shí)可行的。 上述試驗(yàn)與研究表明，本文所提出的