钢纤维喷射混凝土单层衬砌的工程特性研究及应用

论文摘要

钢纤维喷射混凝土是一种新型的复合材料,具有较高的强度、较好的韧性和抗渗性能。将钢纤维喷射混凝土用作隧道的单层永久衬砌而代替传统的复合衬砌,不仅可以减小结构的断面面积,减少工程量,节约成本,而且可以增加隧道衬砌的抗裂、抗渗性能,提高隧道的稳定性。本文结合在建摩天岭隧道1#通风斜井对钢纤维喷射混凝土单层衬砌的力学性能和工程特性进行了分析和研究。本文首先通过室内及现场试验对原材料的性质进行了研究分析,结果表明仅用现场所生产的细骨料（机制砂）难以满足钢纤维喷射混凝土的施工工艺和强度要求。经过反复试验得出按照60%的机制砂和40%的天然河砂比例配制的混合砂用于拌制混凝土可以取得良好的喷射效果和满意的力学性能。在大量现场试验的基础上进行两组正交试验,得到了满足钢纤维喷射混凝土施工工艺要求的初步合理配比。在此基础上,本文分别对不同类型、不同掺量的钢纤维混凝土的力学性能进行了对比分析,从而得到钢纤维喷射混凝土的最优配比。结合钢纤维喷射混凝土单层衬砌在摩天岭隧道1#通风斜井中的应用,本文对钢纤维喷射混凝土单层衬砌的韧性性能、抗渗性能和衬砌与围岩的粘结强度等工程特性进行了分析和研究。经过现场喷射大板切割试件试验,测得钢纤维喷射混凝土荷载-挠度曲线,根据特征点法对其弯曲韧性进行计算,平均韧性值为71.4,表明钢纤维喷射混凝土具有较好的韧性性能。经过室内及现场原位抗渗试验表明钢纤维喷射混凝土具有较高的抗渗性能,室内试验抗渗等级为S11,现场平均抗渗等级为S9;通过试块试验测得围岩与衬砌之间的粘结强度,对于Ⅱ级围岩达到2.22MPa,Ⅲ级围岩达到1.69MPa,远高于现行规范中的规定限值。另外,还对隧道进行了数值分析和现场监测,结果均表明使用钢纤维喷射混凝土单层衬砌后隧道的稳定性良好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 钢纤维混凝土的研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容、目标及方法
• 1.3.1 本文研究的主要内容
• 1.3.2 本文研究的目标及方法
• 第2章 钢纤维混凝土的基本特性及增强机理
• 2.1 钢纤维混凝土的基本特性
• 2.1.1 钢纤维混凝土的基本力学性能
• 2.1.2 钢纤维混凝土的其他力学性能
• 2.1.3 钢纤维喷射混凝土的主要特点
• 2.2 钢纤维混凝土的增强机理
• 2.2.1 复合力学理论
• 2.2.2 纤维间距理论
• 2.3 本章小结
• 第3章 钢纤维混凝土材料配比试验研究
• 3.1 试验主要方案
• 3.2 试验材料分析
• 3.3 试验配合比分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 钢纤维混凝土性能试验分析
• 4.1 试验方法及内容
• 4.2 室内模筑钢纤维混凝土力学性能试验
• 4.2.1 不同钢纤维类型混凝土强度分析
• 4.2.2 不同掺量钢纤维混凝土力学性能试验
• 4.3 钢纤维喷射混凝土的性能试验
• 4.3.1 现场钢纤维喷射的配合比
• 4.3.2 现场喷射试件试验流程
• 4.3.3 钢纤维喷射混凝土力学性能分析
• 4.3.4 钢纤维喷射混凝土韧性性能分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 钢纤维喷射混凝土单层衬砌工程特性分析
• 5.1 钢纤维喷射混凝土单层衬砌应用现状
• 5.2 钢纤维喷射混凝土单层衬砌存在的优势
• 5.3 钢纤维喷射混凝土单层衬砌工程性能分析
• 5.3.1 抗渗性能分析
• 5.3.2 与岩壁粘结强度的试验分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 钢纤维喷射混凝土单层衬砌在隧道中的应用
• #通风斜井工程概况'>6.1 摩天岭隧道1^#通风斜井工程概况
• 6.2 隧道稳定性数值模拟分析
• 6.2.1 数值模型的建立
• 6.2.2 模型材料参数的选择
• 6.2.3 隧道开挖支护模拟分析
• 6.3 隧道施工监测分析
• 6.3.1 隧道收敛监测分析
• 6.3.2 隧道衬砌应力监测分析
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 发表论文及参与课题情况