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科研進(jìn)展

武漢巖土所深部煤系地層水泥基注漿材料及加固機理研究取得進(jìn)展

發(fā)表日期:2024-07-16來(lái)源:武漢巖土力學(xué)研究所放大 縮小

?深部圍巖地質(zhì)環(huán)境復雜,巖體軟弱破碎,在強采動(dòng)作用下,極易發(fā)生失穩、冒頂等大變形災害。注漿加固是控制破碎煤巖體巷道穩定性的主要技術(shù)手段之一,能快速有效提高圍巖完整性、恢復巖體整體強度。目前,注漿理論相比注漿材料及設備的發(fā)展明顯滯后,亟需開(kāi)展深部破碎煤巖體注漿控制機理及方法研究。

????為此,中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所地下工程研究團隊自主研發(fā)了深部煤系地層水泥基注漿材料(HGC),材料的主要組成礦物成分包括普通硅酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、粉煤灰以及減水劑等添加劑。通過(guò)開(kāi)展宏觀(guān)破碎煤巖注漿加固體單軸壓縮、注漿節理巖體直剪試驗與微觀(guān)漿-煤界面納米壓痕與電鏡掃描試驗,研究揭示了煤巖體注漿加固微觀(guān)機理,發(fā)現了不同注漿材料漿-巖界面顯著(zhù)差異。由此提出了漿-煤界面過(guò)渡區寬度和強度定量表征方法,并建立了相應的數值分析模型。結果表明:不同注漿材料注漿加固體強度特性存在較大差異,HGC漿液加固體峰值強度最大為17.65MPa,相比傳統OPC和SAC注漿材料分別增加了54.42%、35.25%。此外,HGC漿液顯著(zhù)減小了ITZ寬度并提升了ITZ的平均壓痕模量。數值模擬結果表明,隨著(zhù)煤粒徑的增加,試樣峰值強度和聲發(fā)射b值均呈現降低趨勢,試樣的破壞區域逐漸由ITZ演化到煤塊內部。因此,不同注漿材料在微觀(guān)上表現為漿-巖界面過(guò)渡區(ITZ)寬度和強度的不同,并通過(guò)膨脹粘結、充填壓密和界面膠結效應使得膠結體在宏觀(guān)上表現為加固體力學(xué)特征的差異。

????研究成果發(fā)表于土木工程領(lǐng)域TOP期刊《Construction and Building Materials》和《巖石力學(xué)與工程學(xué)報》,得到了國家自然科學(xué)基金區域聯(lián)合重點(diǎn)基金(U22A20234)和湖北省重點(diǎn)研發(fā)計劃項目(2023BCB121)資助

????論文1:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0950061824004690

????論文2:http://rockmech.whrsm.ac.cn/CN/abstract/abstract43211.shtml

圖1 破碎煤巖注漿加固體單軸壓縮強度

圖2. 不同漿-煤界面SEM試驗結果

圖3. ITZ性質(zhì)確定方法及演化規律

圖4. 注漿加固機理示意圖


附件:
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