砂岩区水封洞库高性能钢纤维喷射混凝土试验研究北大核心

水封洞库作为国家战略能源储备的重要方式之一,其建设的安全可靠性尤为重要。针对砂岩地区地下水封洞库围岩结构的特殊性,研制了一种适用于砂岩区地下水封洞库的高性能钢纤维喷射混凝土,经过室内力学测试、现场喷射试验,并对比分析了该混凝土与C20普通喷射混凝土衬砌在各开挖时段的应力分布情况。结果表明,该高性能钢纤维喷射混凝土具有良好的综合性能,其抗压、抗折和黏接强度等均满足水封洞库围岩支护的稳定性等各项要求。     

隧道钢纤维喷射混凝土性能试验及其工程应用

 根据钢纤维喷射混凝土结构力学原理,为了研究钢纤维混凝土喷层在隧道单层永久衬砌支护中适用性,先分析钢纤维在混凝土中的增强力学作用机制,然后完成钢纤维喷射混凝土合理配比、抗拉、抗压、抗折及抗折初裂强度和弯曲性能等指标的室内试验;并结合具体的隧道现场喷射试验,以及围岩应力、钢纤维混凝土喷层应力及洞周附加水平收敛等监测数据进行分析。研究结果表明,钢纤维喷混凝土抗拉、抗折强度高,韧性好,喷层中的应力分布较均匀,具有较好的让压能力,喷射作业回弹损失量减少,说明钢纤维喷射混凝土是一种理想的单层衬砌支护材料,具有较好的推广应用价值。     

喷射钢纤维混凝土配合比设计及施工方法研究

通过室内和现场试验研究,提出适宜于大型洞室支护的钢纤维混凝土配制技术路线,探讨喷射钢纤维混凝土原材料的选择和配合比设计的基本方法,并总结了"湿喷法"喷射钢纤维混凝土的设备选型及施工技术特点。研究结果表明:不同型号的湿喷设备有其各自不同的适用钢纤维混凝土的配合比和外加剂;优化配合比设计后的喷射钢纤维混凝土能满足抗压强度、抗拉强度、抗折强度、弯曲韧度指数、韧度系数及与围岩的粘结强度等工程设计技术指标的要求。     

喷射钢纤维混凝土加固机理及其在隧道溶洞群处治中的应用

利用喷射混凝土中掺入钢纤维能极大地提高混凝土的抗拉弯、抗剪强度和韧性的机理特性,可用来处治隧道溶洞的病害,达到增强围岩结构稳定性的目的。结合具体工程实例,阐述了喷射钢纤维混凝土处理大断面公路隧道小溶洞群病害的施工关键技术,并从技术、安全、经济效果等方面与常规的挂网喷锚加固技术进行对比分析,得出其综合经济效益的显著性,其成功的工程实践应用也证实了该方法的可行性,可应用于其它类似溶洞处理中。     

地下水封石油洞库施工期监控量测与稳定性分析

现场监控量测是确保大型地下工程建造和运营安全的重要手段。地下水封石油洞库在中国刚刚起步,不但缺少监测方案设计原则、实施方法等方面的规范标准,还缺少对相关监测数据分析方面的研究。以国内首个正在实施的大型地下水封石油洞库建设项目为依托,首先介绍了适用于大型地下水封石油洞库的监测原则与实施方法,该原则和方法充分考虑工程特征、地质情况和经济适用性;其次介绍了洞库监测结果:洞室大部分监测断面的洞周围岩收敛变形、拱顶沉降、内部位移和围岩松动圈分别处于4~8 mm、3~6 mm、4~8 mm和0.9~1.8 m区间范围内,锚杆应力和接触应力值大部分控制在50 MPa和0.5 MPa以内;而后分析了监测数据:1黄岛地下水封石油洞库围岩变形和支护受力较小、岩体稳定性良好、设计支护方案合理;2综合全面的监控量测结果可准确地反映地下水封石油洞库稳定性特征;3监测数据显示地下水封石油洞库稳定性表现出显著的时空演化特征。该研究可为中国地下水封石油洞库监测技术和稳定性评价研究提供重要依据。     

海岛地下水封洞库围岩稳定性及水封可靠性研究

为提高我国的石油储备量及海岛资源利用率,在海岛环境建造地下水封油库成为了一种新的思路。海岛环境相比于内陆具有更好的水力条件,且可作为港口,便于油品运输。以某海岛地下水封油库为依托,基于流固耦合理论,采用有限元数值模拟方法对海岛环境建造地下水封洞库的围岩稳定性和水封可靠性进行研究。结果表明:在海岛环境建造地下水封洞库围岩的应力和位移均较小,可以满足围岩稳定性要求;在不设置水幕系统情况下,开挖地下洞库会在洞库上方形成明显的降落漏斗,部分洞库顶部甚至发生疏干现象,无法满足水封可靠性要求;在设置水幕系统后,地下洞库上方可形成较大厚度的地下水覆盖层,可以满足水封可靠性要求。该成果对在海岛环境下建造地下水封洞库的研究具有借鉴意义。     

不同掺合料对喷射钢纤维混凝土性能的影响

依托某重点工程隧道穹顶支护用高性能喷射混凝土的性能要求,配制了C40喷射钢纤维混凝土,研究了掺合料的种类（粉煤灰、专用掺合料、抗裂剂）对喷射钢纤维混凝土工作性、力学性能和耐久性能的影响。结果表明：掺不同掺合料喷射钢纤维混凝土的坍落度均满足（180±20）mm的要求,表观密度稳定在2 530 kg/m3左右,抗压强度均满足设计强度等级要求,耐久性能均较好;另外,与掺粉煤灰的喷射钢纤维混凝土相比,掺专用掺合料或抗裂剂的喷射钢纤维混凝土的保水性和黏聚性均较好,力学性能和耐久性能基本均较优,抗渗等级分别达到了P11和P10,28 d碳化深度均小于12.0 mm。     

基于离散介质流固耦合理论的地下石油洞库水封性和稳定性评价

 以我国首个大型地下水封石油洞库工程为背景,基于离散介质流固耦合理论,开展地下石油洞库水封性和稳定性评价。通过室内岩石三轴试验和结构面剪切–渗流耦合试验,获得岩石的弹性模量、泊松比和结构面的剪切模量、水力开度等参数。根据施工巷道开挖过程中围岩变形和水位变化情况,对围岩参数进行反分析,获得较为可靠的洞库围岩参数。综合上述成果,分析地下石油洞库的水封性和稳定性特征。研究发现,在水幕压力为50 kPa条件下,该地下水封石油洞库稳定水位位于主洞室上方约60 m,且大于洞内储存介质的压力,满足洞库水封条件;洞库各主洞室位移为9～30 mm,达到洞室稳定相关控制标准;分析8#和9#主洞室边墙附近的水平应力、竖向应力、法向应力和切向应力的变化,并将其划分为3个区域,即松动区、扰动区和未扰动区,其中洞室松动区范围约为6 m。研究为大型地下石油洞库水封性和稳定性评价提供理论依据。     

基于快速碳化试验的纤维喷射混凝土碳化深度预测研究

对掺入钢纤维的喷射混凝土、掺入聚丙烯纤维和钢纤维的复合纤维喷射混凝土和普通素混凝土三种喷射混凝土进行快速碳化试验,建立了基于试验的碳化深度预测计算式,该计算式有碳化速度系数和初始碳化难易程度两个常数,经对比与实际吻合良好。试验结果表明:在喷射混凝土中掺入纤维可以有效改善喷射混凝土的抗碳化性能。在配合比相同及纤维掺量适宜的条件下,其抗碳化性:复合纤维喷射混凝土钢纤维喷射混凝土普通喷射混凝土。在考虑了自然环境与试验环境的主要区别的基础之上,提出了基于试验的自然环境下纤维喷射混凝土碳化深度的预测模型。由于纤维喷射混凝土实际工程测试数据缺乏,该模型尚需实际检验与修正。     

纤维掺量对超浅埋小净距隧道群施工控制效果研究

基于超浅埋小净距隧道群开挖极易引发的较大结构变形问题，对钢纤维喷射混凝土力学性能和隧道支护控制效果进行总结分析，在钢纤维喷射混凝土力学性能试验研究的基础上，采用有限元软件，通过改变初期支护结构的弹性模量以模拟钢纤维喷射混凝土对超浅埋小净距隧道群施工的影响。结果表明：相比常规喷射混凝土，掺加钢纤维可以提高其抗压和抗折强度，随着纤维掺量的增大，围岩变形逐渐减小，研究结果可为类似超浅埋小净距隧道群设计和施工提供借鉴。     

地下大型洞库机械化配套施工

以烟台地下水封洞库为例,介绍以凿岩台车、混凝土喷射机械手、服务平台车、注浆机和装运设备在内的机械化配套施工的配置形式,该机械化配套施工工艺具有对环境污染少,安全系数较高,成本低、消耗能量少等优势,为类似工程提供借鉴。     

承载喷射混凝土碳化试验研究

通过对承载喷射混凝土进行快速碳化试验,分析了施工方式、钢纤维、应力水平对混凝土碳化深度的影响规律,同时对其碳化后的力学性能进行了探讨。试验结果表明,承载喷射混凝土的碳化深度与碳化时间的平方根成正比;其抗碳化能力优于同条件下的浇筑混凝土,但是劣于喷射钢纤维混凝土;弯拉应力水平越高,混凝土碳化深度也越大;建立了应力加速因子与应力水平的关系。碳化使喷射混凝土的抗折强度降低,但掺入钢纤维后,其抗折强度相对有所改善。     

大型地下石油洞库自然水封性应力-渗流耦合分析

根据地质条件,地下水封石油洞库可以选择自然水封或人工水封方式。以中国首个大型地下水封石油洞库为背景,开展了岩石三轴压缩试验和现场水文试验,获得了洞库围岩变形特征和渗透特性,采用应力-渗流耦合理论,分析了该地下石油洞库的自然水封性与稳定性。岩石三轴实验表明,岩体受剪作用下体积变化情况与剪胀性密不可分。现场水文试验表明,洞库渗透系数存在一定的不确定性。通过数值分析得出如下结论：自然水封条件下,洞库水位将不满足水封要求;地下水封洞库实现水封条件的水头受水力梯度和岩体渗透性影响;洞库施工期涌水量与渗透系数存在着分形关系;施工期各洞室拱顶沉降为19～32 mm,水平收敛为16～35 mm。研究成果为中国首个大型地下水封石油洞库工程建设提供了科学依据。     

喷射SFRC在隧道初期支护中的分析应用

本文对喷射钢纤维混凝土在软弱围岩隧道施工中的重要作用进行了分析,结合甬台温高速公路上的牛官头隧道施工,简要介绍了喷射钢纤维混凝土施工方法,记录和总结了现场产生的一些宝贵数据,提出了喷射SFRC在具体施工中的一些注意事项.     

考虑流固耦合的地下储油洞库稳定性研究

应力场与渗流场耦合是影响水封式地下储油洞库群稳定性的重要因素之一。洞库群的开挖导致形成区域地下水降落漏斗,因此储库水封系统必须保证稳定的地下水位。以“黄岛地下水封洞库工程”的设计方案为模型,基于流固耦合分析理论,采用有限差分软件Flac3D进行数值模拟,主要分析了饱和水状态下,渗流场对洞库周围围岩应力、位移变形和孔隙水压力的影响,并确定合理的水封方案和最优的水封巷道高度。文中所得结论对实际地下洞库群的设计施工具有一定的参考价值。     

钢纤维混凝土基本力学性能研究

钢纤维喷射混凝土由于在很多方面具有优于普通喷射混凝土的优良性能,如抗开裂、抗冲击、耐疲劳等,因此被越来越多的应用到土木工程建设当中。虽然钢纤维喷射混凝土具有明显的优越性和一定的经济优势,但目前缺乏设计理论依据和生产工艺标准等规范性文件。通过对比试验来探讨了钢纤维混凝土与素混凝土在基本力学性能方面的优越性,希望能为钢纤维喷射混凝土的推广提供依据。     

喷射混凝土快速碳化试验研究

通过快速碳化试验,探讨了喷射混凝土抗碳化性能和碳化后力学性能变化规律。试验结果表明:喷射混凝土较普通混凝土具有更好的抗碳化性能,其抗压强度、劈拉强度随碳化深度的增加快速提高;掺入钢纤维能进一步提高喷射混凝土碳化性能,减小碳化速率,还能显著提高喷射混凝土碳化后劈拉强度。同时,在分析钢纤维和施工方式对混凝土碳化影响的基础上,建立了喷射混凝土碳化深度模型。     

高性能混凝土的抗火灾高温研究进展

本文对目前高性能混凝土的抗火灾高温性能的研究进展进行了总结。高性能混凝土具有良好的力学性能及耐久性能,然而在火灾高温中极易发生破坏成为高性能混凝土广泛应用的绊脚石。通过在混凝土中掺加聚丙烯纤维、钢纤维等提高高性能混凝土的抗火灾高温性能成为学者们研究的热门领域。掺加聚丙烯纤维是防止高性能混凝土发生高温爆裂的有效措施,掺加钢纤维的高性能混凝土可以保持较高的残余力学性能,混掺纤维（钢纤维和聚丙烯纤维）是提高高性能混凝土抗火灾高温性能的良好途径。在高性能混凝土中掺加橡胶粉、引气剂等其他组分是研究高性能混凝土抗火灾高温性能的新思路。     

纤维类型对高性能混凝土力学性能的影响

为研究纤维类型对高性能混凝土力学性能的影响,对分别使用钢纤维与玄武岩纤维配制的不同配比高性能混凝土进行抗压、抗折性能试验,研究纤维类型对混凝土抗压、抗折性能的影响.研究表明,使用钢纤维与玄武岩纤维作为增强纤维均能配制出性能良好的高性能混凝土;钢纤维高性能混凝土的抗压、抗折性能均优于玄武岩纤维高性能混凝土;掺入钢纤维可以有效提高高性能混凝土的抗折强度和抗压强度;掺入玄武岩纤维会降低高性能混凝土的抗折强度和抗压强度.     

钢纤维自密实高性能混凝土抗剪韧性的试验研究

钢纤维自密实高性能混凝土是具有高工作度和高韧性的结构材料。抗剪强度和剪切韧性是梁、板、柱等构件受力分析的重要参数。本文参照国际上先进的试验方法,采用改进的单面直接剪切试验的方法,研究了钢纤维自密实高性能混凝土的剪力-剪切滑移全曲线,分析了受剪试件抗剪强度和初裂剪切滑移值以及混凝土受剪状态下的变形能,并以此为基础计算等效抗剪强度。研究结果表明,钢纤维可改善混凝土基体的抗剪强度,显著提高基体的剪切韧性;随着纤维掺量增加,钢纤维对自密实高性能混凝土的增强增韧效果也相应增加;改进的单面直接剪切试验方法和建议的剪切韧性评价方法适合于钢纤维混凝土抗剪强度和剪切韧性研究。