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注浆材料和预制裂纹缺陷角度对类岩石试件单轴抗压强度及破坏模式的影响

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岩土力学 2018年第S1期39卷 211-219页

作者：乐慧琳孙少锐河海大学地球科学与工程学院江苏南京210000

选用环氧树脂和纯水泥浆作为注浆材料,对含不同角度和不同注浆材料裂隙试样进行单轴压缩试验。试验结果表明,注浆材料和裂纹缺陷角度对类岩石试件单轴抗压强度及破坏模式具有重要影响;环氧树脂加固效果优于纯水泥浆,环氧树脂可以有效地... 详细信息

选用环氧树脂和纯水泥浆作为注浆材料,对含不同角度和不同注浆材料裂隙试样进行单轴压缩试验。试验结果表明,注浆材料和裂纹缺陷角度对类岩石试件单轴抗压强度及破坏模式具有重要影响;环氧树脂加固效果优于纯水泥浆,环氧树脂可以有效地消除预制裂纹尖端的应力集中;在裂纹缺陷角度很小(α注浆效果都不明显,当α=60°时两种注浆材料的加固效果都很好。提出滑动裂纹模型,对注浆裂隙进行力学分析发现,含注浆裂隙试样的抗压强度随着注浆材料和完整材料胶结面摩擦系数和黏聚力的增大而增大,不同注浆材料和完整材料胶结面的摩擦系数和黏聚力不同,解释了为什么不同的注浆材料对注浆试样强度提升作用不同。研究成果为分析工程中注浆材料和裂纹缺陷角度对岩体强度的影响提供了一定的理论基础。

关键词：注浆材料裂纹缺陷角度类岩石试件单轴抗压强度破坏模式

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矿用聚氨酯类注浆材料改性研究进展

煤炭科学技术 2022年第10期50卷 28-34页

作者：侯凯王帅姚顺牛小红李振吴昌泉冯国瑞太原理工大学矿业工程学院山西太原030024 山西省绿色采矿工程技术研究中心山西太原030024

随着煤矿向深部开采,以聚氨酯为代表的现有有机高分子注浆材料难以完成对井下高地应力、高地温、高岩溶水压的岩体赋存环境和强流变性、强湿热、强动力灾害的岩体工程响应。为了推动现有聚氨酯类有机高分子注浆材料的发展,提升聚氨酯注... 详细信息

随着煤矿向深部开采,以聚氨酯为代表的现有有机高分子注浆材料难以完成对井下高地应力、高地温、高岩溶水压的岩体赋存环境和强流变性、强湿热、强动力灾害的岩体工程响应。为了推动现有聚氨酯类有机高分子注浆材料的发展,提升聚氨酯注浆技术水平和使用范围。针对聚氨酯注浆材料在固化过程中会大量释热,导致反应温度较高以及力学性能较差等缺陷,总结了近年来聚氨酯注浆复合材料改性和性能分析的相关研究,提出了聚氨酯注浆材料在煤岩体充填加固和堵水防渗的可行性,着重从聚氨酯注浆材料改性的角度,阐述了助剂、传统注浆材料、黏土、固体废弃物、纤维和有机物对聚氨酯注浆材料的改性,并通过改性实现了注浆材料力学性能、阻燃性能的优化和成本的控制。

关键词：聚氨酯注浆材料改性材料深部开采

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不同注浆材料作用下结构面剪切力学特性研究

岩石力学与工程学报 2021年第9期40卷 1803-1811页

作者：卢海峰朱晨东刘泉声武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072 武汉大学岩土与结构工程安全湖北省重点实验室湖北武汉430072

注浆技术是裂隙岩体常用加固方法,其对岩体的作用主要体现在对结构面力学特性的影响,不同注浆材料加固效果和作用机制不同。以红砂岩为研究对象,通过劈裂法制取结构面,选取水泥、环氧树脂进行结构面注浆,开展不同法向压力下的直剪试验,... 详细信息

注浆技术是裂隙岩体常用加固方法,其对岩体的作用主要体现在对结构面力学特性的影响,不同注浆材料加固效果和作用机制不同。以红砂岩为研究对象,通过劈裂法制取结构面,选取水泥、环氧树脂进行结构面注浆,开展不同法向压力下的直剪试验,并与未注浆结构面剪切试验结果进行比较,对其剪切力学特性进行分析。利用三维扫描仪,对剪切前后的结构面进行扫描,以有效剪切倾角、结构表面三维形貌的起伏度坡度均方根Z2的计算公式为理论基础,利用分析软件对剪切前后的结构面进行粗糙度评价,分析注浆对于结构面三维形貌特征的影响。试验结果表明:注浆可以增大结构面间的黏聚力,同时改变结构面的三维形貌特征,使得抗剪强度增大;不同注浆材料表现的力学特性有所不同,环氧树脂注浆材料对结构面加固效果突出,水泥注浆材料在低法向应力水平下效果较为明显。

关键词：岩石力学注浆加固注浆材料剪切特性节理岩石

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防膨胀软岩注浆材料试验及应用研究

岩石力学与工程学报 2017年第2期36卷 457-465页

作者：孙晓明陈峰梁广峰付毅郭志飚吴兆强中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 中国矿业大学力学与建筑工程学院北京100083 兖州煤业股份有限公司南屯煤矿山东邹城273500 中国安华集团总公司北京100029

为研制一种防膨胀软岩注浆材料以满足膨胀性软岩巷道注浆加固的需求。通过室内试验,研究注浆材料的密度、析水率、凝结时间、流动度、结石体强度等主要性能参数。通过现场试验,研究注浆材料对膨胀性软岩巷道围岩的注浆加固性能。研究结... 详细信息

为研制一种防膨胀软岩注浆材料以满足膨胀性软岩巷道注浆加固的需求。通过室内试验,研究注浆材料的密度、析水率、凝结时间、流动度、结石体强度等主要性能参数。通过现场试验,研究注浆材料对膨胀性软岩巷道围岩的注浆加固性能。研究结果表明:当注浆材料的水灰比为0.5∶1,添加剂比率为5‰时,注浆材料的主要性能参数最优;该注浆材料能有效提高破碎膨胀性软岩的强度,改善膨胀性软岩巷道围岩的特性,防止软岩巷道围岩在注浆时发生吸水膨胀变形,是一种较好的防软岩膨胀注浆材料。

关键词：岩石力学软岩防膨胀注浆材料加固性能

聚氨酯/水玻璃注浆材料固化过程中的微观结构和力学性能

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材料研究学报 2022年第11期36卷 855-861页

作者：曾志鹏宋小艳孙勇宋双林陆伟贺正龙中煤科工集团沈阳研究院有限公司煤矿安全技术国家重点实验室抚顺113122 山东科技大学安全与环境工程学院青岛266590 中国水利水电科学研究院北京100038

使用力学测试、扫描电子显微镜、X射线能谱仪和透射/漫反射红外光谱等手段分析了聚氨酯/水玻璃注浆材料在固化过程中的微观结构和宏观力学性能的变化。结果表明:聚氨酯/水玻璃注浆材料的固化具有明显的阶段性,在前7 d注浆材料的抗压强... 详细信息

使用力学测试、扫描电子显微镜、X射线能谱仪和透射/漫反射红外光谱等手段分析了聚氨酯/水玻璃注浆材料在固化过程中的微观结构和宏观力学性能的变化。结果表明:聚氨酯/水玻璃注浆材料的固化具有明显的阶段性,在前7 d注浆材料的抗压强度、断裂韧度和弯曲强度迅速提高,分别达到55.4 MPa、1025.3 MPa·m^(1/2)和29.4 MPa,随后缓慢提高到58 MPa、1220.4 MPa·m^(1/2)和37.4 MPa。注浆材料的宏观力学性能,主要取决于有机相的交联固化程度。注浆材料的固化过程涉及有机相与水玻璃之间持续的水、二氧化碳和热交换,最终形成了由多异氰酸酯与水、聚醚多元醇反应生成的聚脲/聚氨酯和水玻璃凝胶固化后的硅酸盐颗粒组成的聚氨酯/水玻璃复合材料。

关键词：复合材料注浆材料固化过程聚氨酯力学性能微观结构

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富水砂层高效注浆材料试验与应用研究

岩石力学与工程学报 2019年第7期38卷 1420-1433页

作者：沙飞李术才刘人太张庆松李召峰刘浩杰山东大学岩土与结构工程研究中心

以硅酸盐水泥熟料与工业废渣为原材,通过粒径分布优化、活性激发等优化方法,制备新型高效超细水泥基注浆材料(EMCG)。通过室内试验,研究EMCG材料的流动性能、黏度、析水稳定性、初终凝、强度、体积稳定性等主要性能,对比分析普硅42.5水... 详细信息

以硅酸盐水泥熟料与工业废渣为原材,通过粒径分布优化、活性激发等优化方法,制备新型高效超细水泥基注浆材料(EMCG)。通过室内试验,研究EMCG材料的流动性能、黏度、析水稳定性、初终凝、强度、体积稳定性等主要性能,对比分析普硅42.5水泥(OPC)、超细硅酸盐水泥(MC)、超细硫铝酸盐水泥(MSAC)及EMCG主要性能;基于XRD及SEM矿物测试,分析EMCG水化机制;通过注浆加固模拟试验,研究EMCG对富水砂层的注浆加固性能,对比分析不同注浆材料浆–岩微观加固模式;通过现场试验,研究EMCG对富水砂层封堵加固效果。研究结果表明:水灰比1.5∶1~2∶1、粉煤灰40%~50%、超塑化剂1.5%~2.0%时,浆液扩散性能最优;浆液稳定状态主控因素为材料细度与水灰比;EMCG材料强度及加固效果最优,MSAC,MC次之,OPC最差;EMCG 7 d加固体强度超过28 d强度70%;EMCG具有砂层扩散性好、泵送稳定、凝胶时间可控、体积稳定、水化活性高、高强、矿物合理、结构致密等优点;EMCG有效提高了富水砂层地层整体性与稳定性,具有显著性能优势与较好工程适用性,是一种比较好的用于地下工程富水砂层加固的注浆材料。

关键词：地下工程富水砂层注浆材料性能评估加固机制工程应用

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岩石钻粉制备注浆材料特性研究

煤炭学报 2015年第4期40卷 816-822页

作者：高亚斌杨威李贺郝志勇李子文中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221008

针对煤矿井下岩石钻粉处理难和注浆加固材料使用成本高的现状,以穿层钻孔施工时产生的岩石钻粉为主要原料,配以普通硅酸盐水泥和少量添加剂,制备出具有良好性能的新型注浆加固复合材料。研究了不同龄期、不同岩石钻粉掺量对复合材料的... 详细信息

针对煤矿井下岩石钻粉处理难和注浆加固材料使用成本高的现状,以穿层钻孔施工时产生的岩石钻粉为主要原料,配以普通硅酸盐水泥和少量添加剂,制备出具有良好性能的新型注浆加固复合材料。研究了不同龄期、不同岩石钻粉掺量对复合材料的力学强度和孔隙结构的影响,通过红外光谱(IR)和扫描电镜(SEM)对硬化过程的水化产物进行了分析。研究结果表明:复合材料的微观结构密实,水化产物与岩石钻粉结合紧密;岩石钻粉的掺入改善了复合材料的孔隙结构,使得孔隙率降低,骨架密度增大,结石率提高。

关键词：注浆材料岩石钻粉孔隙结构水化产物

一种兼具渗透与劈裂功能的复合注浆材料研发与现场试验

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岩石力学与工程学报 2024年第S02期43卷 3651-3667页

作者：刘人太马晨阳杨磊王博马红均陈孟军马婉琳屠文锋鹿伟谢云鹏山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061 山东大学土建与水利学院山东济南250061 中国水利水电第十四工程局云南昆明650041

碎粉岩富水地层具有结构松散、粒径较小、黏聚力低、自稳性差等特点,传统浆液难以有效渗透加固。以碎粉岩工程地质特征为导向,利用有机-无机材料复合协同效应研发一种集渗透胶结及劈裂加固于一体的新型注浆材料(PSCG),克服碎粉岩“吃水... 详细信息

碎粉岩富水地层具有结构松散、粒径较小、黏聚力低、自稳性差等特点,传统浆液难以有效渗透加固。以碎粉岩工程地质特征为导向,利用有机-无机材料复合协同效应研发一种集渗透胶结及劈裂加固于一体的新型注浆材料(PSCG),克服碎粉岩“吃水不吃浆”这一工程难题。首先通过室内力学试验与注浆模拟试验验证上述材料研发思路的可行性,并选取碎粉岩加固所需关键指标进行物理力学性能测试(凝结时间、持水率、加固体抗渗性、强度、体积收缩率),结合微观测试手段(SEM、FTIR)揭示新材料的注浆加固机制,最后通过现场试验,研究PSCG材料对碎粉岩地质的加固效果。研究结果表明:PSCG材料具有渗透-劈裂双重作用同步加固效果。一方面,丙烯酸钠聚合生成网络状高分子结构,与水泥水化产物、水泥颗粒相互贯穿形成具有抗分散效果的三维互穿空间结构,并且有机-无机材料接触界面被改良,裂缝被充填,加固体7 d强度可达27.01 MPa。另一方面,丙烯酸钠溶液在注浆压力及毛细作用作用下渗入碎粉岩颗粒孔隙间并发生聚合反应,将碎粉岩颗粒锁合成整体结构,同时,碎粉岩中的金属与凝胶中羧酸基团形成强烈的配位作用,增加了聚合物网络的交联密度,提高了凝胶的力学性能,渗透区加固体7 d的强度可达2.4 MPa,渗透系数高达5.9×10^(-7)cm/s。结合现场试验结果,PSCG材料对碎粉岩地层具有堵水、加固双重效果。

关键词：建筑材料滇中引水碎粉岩注浆材料渗透劈裂加固机制工程应用

不同注浆材料填充双裂隙类岩石试样力学特性研究

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岩石力学与工程学报 2024年第3期43卷 623-638页

作者：刘学伟王赛刘滨刘泉声姚文杰贾闯陈海啸中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074 武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072

注浆是裂隙岩体稳定性控制的主要技术之一,不同注浆材料对裂隙岩体的注浆加固效果存在较大差异。选取硫铝酸盐水泥(SAC)、普通硅酸盐水泥(OPC)和环氧树脂(EPR)3种注浆材料,对预制平行双裂隙类岩石试样进行充填,开展单轴压缩试验、声发... 详细信息

注浆是裂隙岩体稳定性控制的主要技术之一,不同注浆材料对裂隙岩体的注浆加固效果存在较大差异。选取硫铝酸盐水泥(SAC)、普通硅酸盐水泥(OPC)和环氧树脂(EPR)3种注浆材料,对预制平行双裂隙类岩石试样进行充填,开展单轴压缩试验、声发射以及扫描电镜试验。结果表明:EPR填充对裂隙试样强度最大,OPC水泥次之,SAC水泥最小。试样破坏模式则受填充材料影响突出,EPR填充试样不受预制裂纹控制,而SAC和OPC填充试样则主要由于裂隙扩展贯通发生的拉剪混合破坏。扫描电镜结果表明上述差异主要受控于不同浆液类型的浆-岩胶结特征,SAC和OPC填充浆-岩界面为覆盖型,而EPR填充则为融合型。在上述试验结果基础上,采用颗粒流程序(PFC)建立表征不同胶结模式的数值模型,分析不同注浆填充材料加固机制。数值模拟结果表明,试样加载过程中拉剪微裂纹比例、微裂纹倾角分布以及颗粒位移方向均受填充材料影响。因此,对于不同注浆材料,其自身强度和胶结性能改变了浆-岩胶结模式,影响了裂隙充填试样的受力状态,进而造成加载过程中浆液和周围岩体颗粒运动和微破裂的差异,最终影响了宏观强度特性和破坏模式。

关键词：岩石力学注浆材料浆岩胶结强度特征数值模拟破坏特征