高聚物锚固体与土体黏结特征试验与数值模拟

针对高聚物锚固体与土体相互作用机理认识不足、黏结强度参数不完善的问题,采用中心拉拔的大比尺模型试验,测试了低密度(0.11~0.13 g/cm~3)高聚物锚固体与土体间的黏结特性,获得了锚杆加载端的荷载-位移曲线以及锚杆轴力、界面黏结力的分布规律,得出了低密度高聚物锚固体与不同状态土体的黏结强度值;从细观力学角度出发,采用颗粒流软件(PFC2d),建立了锚杆杆体-高聚物锚固体-土体的三相锚固体系数值模型,对拉拔荷载作用下高聚物锚固机理进行分析,通过和模型试验结果的对比,验证了数值模型的合理性,并重点探讨了土体应力和孔隙率的变化规律。试验结果为高聚物锚固注浆设计及应用提供了参数依据,颗粒流模型为高聚物锚固机理的细观尺度研究提供了一种可行的手段。     

散体充填材料压实力学特性的宏细观研究

为提高西部矿区散体充填材料的抗压性能，采用扫描电子显微镜技术、图像处理技术以及颗粒流数值模拟相结合的方法，研究散体充填材料的细观参数与宏观应变量之间的关系。通过选取颗粒等效粒径、颗粒形状系数、颗粒定向度、表观孔隙率、连通率和颗粒接触关系等6个指标对散体充填材料的形态特征、孔隙特征、接触特征进行了细观量化分析；通过PFC数值模拟对散体充填材料细观参数与宏观压实力学特性的相关性进行了模拟研究，结果表明：颗粒摩擦因数和颗粒孔隙率是散体充填材料宏观应变量的主控参数。基于西部矿区散体充填材料的细观结构，从减少充填材料孔隙率和增大充填材料摩擦性两方面出发，对其进行优化，并将优化后的散体充填材料在陕北常兴煤矿3101工作面进行工业性试验，实测地表最大下沉量为15 mm，最大水平变形为0.8 mm/m，地表沉陷得到有效控制。