纤维增韧地聚合物性能优化与支护特性研究

发布时间：2025-05-20 06:17

　　目前深部地下工程规模空前,能源矿山、水工结构、国防工程、核废料处置等一系列国家战略性工程的建设,亟需深部地下支护结构及材料的创新与发展。研发抗大变形功能的新型复合材料与结构,获得大变形作用下的纤维和基质体的界面力学特征及响应机制,建立能够描述纤维增韧地聚合物的应变强化及多微裂缝变形特征的宏细观损伤力学模型,是解决抗大变形灾害控制的核心科学问题。针对以上问题,通过三点弯曲及单纤维拔出实验、相关推导及模拟,建立了基于蒙特卡罗法的细观材料模型;从强度准则与能量准则出发,进行了添加CaSO₄晶须的纤维增韧地聚合物材料的改性研究,并构建了材料性能预测网络;结合山东某矿深部巷道工程背景,建立了不同工况下支护结构与围岩的共同作用模型,分析了纤维增韧支护结构的变形破坏特征。主要研究内容及成果如下:（1）基于纤维和基质体的界面力学特征分析,建立了能够描述纤维增韧地聚合物的应变强化及多微裂缝变形特征的细观CZM模型。选择粉煤灰、矿渣、固体颗粒碱激发剂、CaSO₄晶须及国产PVA纤维为原材料,进行了基质体三点弯曲实验以及细观层面的单纤维拔出实验;在实验的基础上建立了...

【文章页数】：185 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1巷道大变形例

1.2.1岩体大变形研究概况1946年太沙基首次提出膨胀性与挤出性岩石的概念与成因。Aydan[14]将大变形分为剪切破坏、弯曲破坏、剪切和滑动破坏。围岩大变形侵入原因可分为三类[15]:1、高应力下围岩剪切破坏。2、开挖引起的岩体结构面失稳。3、特殊岩类与水发生化学反应造成膨胀....

图1-2子午面和偏平面上屈服面的形状

侯公羽[22]等,基于Levy-Mises增量本构关系及D-P屈服准则,对轴对称圆形巷道的理想弹塑性材料模型进行了求解计算。殷有泉[23]等将弹塑性材料的应力应变全过程曲线简化为三线性模型(弹性-线性软化-残余理想塑性),推导出了受内压厚壁筒的解析解。卞跃威[24]等提出了考虑塑....

图1-3(a)线弹性;(b)非线弹性

在对巷道计算与模拟方面的研究中,确定岩土材料的本构关系是最基本,同时也是最重要的事情。其中本构关系包括:弹性、非线弹性、弹塑性、刚塑性、弹塑性硬化、软化、临界等[21]模型。此外还有超弹性、压弹性等本构模型。图1-4(a)弹塑性;(b)刚塑性

图1-4(a)弹塑性;(b)刚塑性

图1-3(a)线弹性;(b)非线弹性图1-5(a)理想弹塑性;(b)正强化;(c)正软化;(d)临界(A)亚临界(B)软化

本文编号：4046980