静态破碎技术研究综述与建议

静态破碎技术是将搅拌好的静态破碎剂填充在岩石或混凝土的孔内,利用静态破碎剂膨胀产生的膨胀压力"静悄悄"地使岩石或混凝土松散酥碎的方法.为促进静态破碎技术的发展及应用,介绍静态破碎剂的主要膨胀性能及其测试方法,分析孔直径、孔间距、孔排距、孔边距、孔深度对破碎效果的影响,展示静态破碎拆除技术在建筑拆除、混凝土及岩石破碎等方面的应用.结果表明:由氧化钙、水泥、石膏和减水剂等组成的石灰系静态破碎剂在工程中应用最多;静态破碎剂的体积膨胀主要来源于反应过程中固相体积和孔隙体积的增加;膨胀压力随氧化钙掺量的增加而增大;破碎首先发生在孔边与自由面距离最小处;孔径越大、孔深越深,破碎剂用量越多,膨胀压力越大,破碎效果越好,但破碎剂用量过大易引起破碎剂从孔洞喷出;在一定范围内,破碎剂在孔附近某点处产生的应力与该点至孔边缘距离的平方呈反比,适当缩减孔距能够取得更好的破碎效果.     

混凝土厚板静态破碎试验研究

为考察孔深和外围孔与内孔灌入破碎剂浆体的间隔时间对混凝土厚板静态破碎效果的影响,开展了7个混凝土厚板试件的静态破碎试验。垂直于厚板顶面钻孔,并在破碎前沿孔连线及其延长线方向双向切断厚板上部纵筋。试验结果表明：孔深小于板厚的70%时,破碎剂浆体结硬膨胀引起的裂缝已无法向下延伸至厚板底部;孔深由板厚的70%增至90%时,破碎效果逐渐提高,但破碎后形成块体的最小短边尺寸和最大长边尺寸相近,孔深为板厚的80%时,破碎后形成块体的数量最多;先外围孔灌入破碎剂浆体,经历一段时间浆体结硬膨胀后再向内孔灌入破碎剂浆体,与所有钻孔同时灌入破碎剂浆体相比,破碎效果提高,其中对外围区域的提高比对内部区域的提高明显,此外,破碎后形成块体的数量、最小短边尺寸和最大长边尺寸相近。基于试验结果,给出如下建议：破碎混凝土厚板时,孔深应取为板厚的80%;宜采用先外围孔灌入破碎剂浆体,待外围孔内浆体结硬膨胀后再向内孔灌入破碎剂浆体的方法。     

混凝土块体静态破碎试验研究

为探究静态破碎过程中孔径与约束程度对开裂时间和破碎效果的影响规律,开展了13个素混凝土试件的单孔静态破碎试验.将试件内切圆内混凝土面积与破碎剂面积之比定义为约束比,并用其表示混凝土对破碎剂的约束程度.使用破碎剂体积膨胀率表示试件的破碎效果.试验结果表明:单孔下混凝土块体破碎后一般会产生3条或4条裂缝,3条裂缝的情况居多,裂缝发展稳定后,其分布形态有“人”字形、“T”字形和“十”字形3种;试件开裂后破碎剂体积膨胀率的时程曲线呈二次抛物线形式,前期发展较快,后期发展缓慢并逐渐趋于稳定;孔径和约束程度均会对破碎剂体积膨胀率产生较明显的影响,孔径增大,破碎剂体积膨胀率随之增大,破碎效果越好,约束比增大,破碎剂体积膨胀率随之降低,破碎效果减弱;当约束比较小时,孔径对开裂时间起主要影响,孔径越大,开裂时间越短,当约束比较大时,约束比对开裂时间起主要影响,约束比越大,开裂时间越长.     

黏土中考虑土体卸荷效应的后注浆压密模型

为研究黏土中考虑土体卸荷条件下后注浆的压密效应,基于球孔扩张理论并通过土体弹性模量折减值来考虑不同卸荷程度的影响,建立考虑土体卸荷效应影响的压密注浆模型,计算不同卸荷程度下压密注浆极限注浆压力、浆体扩张率、塑性区扩张率、径向和环向应力以及径向位移沿径向的分布关系.结果表明:压密注浆极限注浆压力以及塑性区半径随浆体扩散半径增长的速率均随土体卸荷比的增大而非线性减小;同一注浆压力下,当卸荷比小于0.8时,土体卸荷程度不同对土体内部径向应力、环向应力以及径向位移沿径向分布不产生显著影响,当卸荷比大于0.8时,注浆体周围同一位置处的土体径向应力、环向应力以及径向位移显著高于卸荷比小于0.8时的情况;同一注浆量下,相同位置处的土体径向应力,达到最小环向应力、稳定环向应力和稳定径向应力对应的径向距离均随卸荷程度的增大而减小,但是土体径向位移分布不受卸荷程度改变的影响;同一卸荷比下,相同位置处的径向应力,达到最小环向应力、稳定环向应力、稳定径向应力以及稳定径向位移对应的径向距离均随注浆量的增大而增大;最小环向应力值不受卸荷程度和注浆量改变的影响.     

混凝土厚板和转换梁静态破碎试验

混凝土厚板和转换梁是建筑结构中的重要水平构件。为探究如何绿色、高效地完成二者的拆除,本文开展了3个混凝土厚板试件和7个混凝土转换梁试件的静态破碎试验,并在破碎前切断或剔除配筋。试验结果表明:垂直于厚板顶面钻孔进行混凝土厚板破碎时,试件内的水平纵筋影响静态破碎过程中的开裂程度,沿孔连线及其延长线切断或剔除厚板上部纵筋可提高破碎效果,破碎后形成块体的短边尺寸为孔间距或孔边距;倾斜向下斜交于转换梁侧面钻孔进行混凝土转换梁破碎时,试件内的箍筋和纵筋均影响静态破碎过程中的开裂程度,沿孔口的连线及延长线切断孔口所在侧面的箍筋或纵筋,同时切断钻孔延长线与另一侧面交点的连线及延长线所交纵筋或箍筋可提高破碎效果,破碎后形成块体的短边尺寸为孔间距或孔排距;垂直于转换梁顶面钻孔进行混凝土转换梁破碎时,沿孔连线及其延长线切断梁顶箍筋后,梁内拉结筋影响静态破碎过程中的开裂程度,可继续缩小孔间距以提高破碎效果。     

对混凝土柱静态破碎效果的分析

为考察混凝土强度及是否割断箍筋对柱静态破碎效果的影响,对不同强度等级的8个混凝土柱在柱顶沿柱高钻孔并注入静态破碎剂浆体,其中4个试件在孔侧面割断箍筋,使用裂缝的平均宽度之和表示试件的破碎效果.试验结果表明:试件的破碎效果随着混凝土强度的提高而降低,不割断箍筋的试件,破碎效果的降低幅度逐渐增大,割断箍筋的试件,破碎效果的...     

静态破碎剂防喷和破岩的试验与仿真

为解决静态破碎剂因喷孔而损失膨胀压的问题,本文在膨胀和喷孔机理的基础上提出了水化调整和柱状装药2种方案,测试了膨胀压;通过破碎混凝土试验模拟破岩,利用数值仿真分析了破碎过程。结果表明:水化调整会进一步损失膨胀压;柱状装药能减慢静态破碎剂的失水速度,提高水化程度,能产生62.30 MPa的膨胀压,达到理论值的94.38%;柱状装药的方法能有效破岩和防喷;仿真与试验的结果相一致,能为工程方案设计提供经济、高效的手段。     

高强钢管约束自应力混凝土短柱轴压性能试验

为了揭示高强钢管约束自应力混凝土（high-strength steel tube confining self-stress concrete, HSTCSC）短柱的增强机理及受力性能,开展了7根大尺寸HSTCSC短柱和1根对比柱的轴压性能试验,试验中所有试件的套箍系数均大于3;详细讨论了自应力混凝土强度、截面类型和截面空心率等因素对HSTCSC短柱的轴压性能的影响规律。结果表明：试验中所有HSTCSC短柱为腰鼓型破坏,均呈现出较高的轴压承载力和变形能力,且具有较大的安全储备;自应力混凝土微膨胀和高强钢管环向约束的共同作用可以显著提高HSTCSC短柱的轴压性能。双层圆形截面HSTCSC短柱的轴压性能最优,且空心率的增加在一定程度上提高了构件的轴压承载力。     

半透水边界砂井地基的真空预压固结解

针对砂井地基顶部存在垫层和底部存在下卧层的现状,采用半透水边界来反映它们对砂井地基固结的影响。假定地基变形符合等应变条件,考虑水平向渗透系数沿半径发生变化,建立了上下边界为半透水边界时真空预压砂井地基的固结理论,通过分离变量法获得固结度和沉降的级数解析解答,分析了底部透水系数、顶部透水系数、井阻、渗透系数沿半径分布特性对砂井地基固结度和沉降的影响规律。研究表明,当底部半透水时,最终负孔压和有效应力呈现出沿地基深度衰减的变化规律。当其它条件相同时,底部透水系数越大的地基固结度越大,但最终沉降和径向固结时间因子相同时的固结沉降却越小。当底部边界不透水时,最终沉降不会随着顶部透水系数改变而改变。但当底部边界半透水或完全透水时,最终沉降随着顶部透水系数增大而增大。顶部透水系数越大的地基固结度越大,径向固结时间因子相同时的固结沉降也越大。均匀井阻的大小不会影响负压最终竖向分布特性,也不会改变最终沉降,但会明显降低砂井地基固结度,延长固结完成时间。渗透系数径向分布模式会对砂井地基的固结度产生影响。工况一计算的固结度最大,工况二计算的固结度最小,工况三计算的固结度介于工况一和工况二之间。半透水边界对真空预压砂井地基固结过程的影响规律与堆载预压砂井地基相比存在明显不同。     

钢管混凝土柱节点开孔后的抗压性能

通过9根钢管混凝土试件的轴心受压试验,研究在钢管混凝土结构梁柱节点处开孔对钢管混凝土柱的轴压性能的影响及在开孔处设置加强环和加劲肋的增强作用,分析了开孔形状、开孔位置及加强环和加劲肋布置方法等对钢管混凝土柱轴心性能的影响。研究结果表明:所有试件均在端部和靠近加强环处出现钢管局部鼓曲;钢管壁开孔降低了节点处钢管对混凝土的约束刚度,但由于加强环和加劲肋的增强作用,钢管壁开孔对钢管混凝土柱的轴心受压承载力影响不明显。在试验研究的基础上,利用有限元分析软件ABAQUS对钢管混凝土节点处开孔后的钢管混凝土柱的轴压性能进行研究,分析钢管纵、环向应力及混凝土纵向应力沿钢管混凝土柱的分布特征.     

对混凝土剪力墙静态破碎效果的试验研究

为考察成孔方式、剪力墙厚度等对混凝土剪力墙静态破碎效果的影响,开展了9片混凝土剪力墙试件的静态破碎试验。采用倾斜向下斜交于墙片侧面打孔、注入静态破碎剂进行破碎和竖直向下垂直于墙片顶面打孔、注入静态破碎剂进行破碎这两种破碎方案。为提高破碎效果,在墙片侧面打孔后用锯片切断钻孔侧的竖向分布钢筋,在墙片顶面打孔后用锯片切断两侧的水平分布钢筋。试验结果表明:采用这两种破碎方案,破碎后产生的块体短边尺寸为孔间距或者孔边距;倾斜向下斜交于墙片侧面打孔并注入静态破碎剂后,试件的割缝平均宽度随墙片厚度的增加逐渐增大;竖直向下垂直于墙片顶面打孔并注入静态破碎剂后,试件的割缝平均宽度与墙厚无关;破碎效果的先后顺序为:竖直向下垂直于墙片顶面打孔并切断两侧水平分布钢筋竖直向下垂直于墙片顶面打孔不切断钢筋倾斜向下斜交于墙片侧面打孔并切断钻孔侧竖向分布钢筋。     

MgO钢管自应力混凝土试验研究

通过大剂量添加MgO膨胀剂,利用MgO膨胀产生的自应力成功解决了钢管混凝土结构普遍存在的脱粘问题.实验研究了添加MgO膨胀剂混凝土的约束膨胀性能.试验结果表明MgO膨胀剂具有很好的膨胀性能和理想的长期稳定性,在钢管的约束作用下,产生了较高的自应力值,使核心混凝土受压承载力提高,同时使核心混凝土内部更为致密.     

丹江口库区初始地应力场的反演

根据丹江口库区的地质构造,考虑断裂破碎带和岩石力学参数随埋深变化,建立计算模型,反演分析了库区的初始地应力场,结果表明:1)库区地应力的临界深度在1km埋深附近;2)水平方向两个主应力,在埋深750m范围内X轴方向为主压应力,随埋深由13MPa增至23MPa,Y轴方向为主拉应力,随埋深由12MPa减至0,埋深750m以下两个坐标轴方向均为主压应力且随埋深增加;3)两个水平主应力差在埋深10km范围内随埋深基本呈线性增加,大约10km深处急剧减小,20km以外基本消失,岩体处于静水压力状态.     

新型环梁式圆形煤仓结构的受力特点及优化设计

提出一种新型钢筋混凝土圆形煤仓的结构方案,主要思想是将扶壁柱保留,沿扶壁柱竖向布置上、中、下3道封闭环梁,整个结构形成梁-板整体结构,扶壁柱由于受到环梁的弹性支座式约束,设计截面可比普通悬臂式扶壁柱截面小很多;再加上底部环梁的约束,扶壁柱底部向外的径向位移受到限制,使基础设计内力大为减小,其设计更加容易实现.此方案具有很好的经济性和适用性,并已成功用于电厂煤场实际工程中.     

早龄期混凝土力学性能试验及其单轴本构模型

为了研究早龄期混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、静力受压弹性模量以及单轴受压应力应变曲线的规律,进行了系统的加载试验和试验数据分析.总结了早龄期阶段力学指标随龄期的变化规律以及与立方体抗压强度之间的换算关系,通过拟合相关参数,提出了分段式的受压应力应变全曲线拟合公式,拟合结果与试验数据吻合较好.试验结果表明,早龄期C40混凝土的强度和弹性模量随着龄期非线性增长,7 d是增长变化的分界时点;随着龄期的增长,峰值应变减少,脆性变大;早龄期C40混凝土的单轴受压应力应变曲线与充分养护龄期混凝土形状相似.     

考虑焊接残余应力的钢桥面板U肋焊接处局部应力分析

为研究正交异性钢桥面板的顶板与U肋焊缝连接处残余应力及与外荷载组合作用下的局部受力特征,针对宽体钢箱梁工程实例,基于热弹塑性有限元法对该焊缝的施焊过程进行了数值模拟,分析了焊接过程中温度场和应力场的变化；以初应力的方法实现了焊接残余应力与外荷载作用的组合。研究结果表明：面板下缘垂直于焊缝方向的残余拉应力峰值接近材料的屈服强度,远离焊缝的区域应力急剧减小,焊趾处的横向残余应力要明显大于焊根处；由面板上缘至下缘,纵向残余应力由压应力变为拉应力,横向残余应力呈现出“拉应力-压应力-拉应力”的交替变化趋势；以初应力的方式考虑残余应力,稳定应力场的相对误差可控制在5.0%以内；自重与二期恒载对焊缝区局部应力场的分布特征和焊根及焊趾处的应力极值的影响不大(1.7%以内)；外荷载中考虑局部对称轮载作用且未考虑焊接残余应力在外荷载作用下的消散情况时,焊根及焊趾处垂直于焊缝的横向应力极大值最大分别可增大10.7%、17.6%；焊接残余应力及与外荷载组合作用下,焊趾及焊根位置处沿面板厚度应力的分布符合“直线+抛物线”的规律。