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喷射普通混凝土材料无法满足深部巷道支护的要求,亟需寻找一种抗大变形、应变率高的柔性新型混凝土支护材料进行协同支护,以达到支护结构与围岩共同支护作用。本研究采用粉煤灰、矿渣、水泥及国产PVA纤维配置不同配比情况下的纤维混凝土复合材料,通过弯曲延展等基本力学性能分析,获得了合理的纤维体积比及基质体组分最佳配合比;通过物理模型试验和数值模拟不同EGC支护结构厚度、不同支护结构的变形破坏特征分析,获得了纤维增韧地聚合物和工程水泥基材料作为抗大变形支护结构的承载特性和演化规律。(1)制备了不同配比的工程水泥基材料(ECC)和纤维增韧地聚合物(EGC),对比分析了不同纤维增韧支护材料和结构弯曲、开裂行为特征。结果表明,在纤维混凝土复合材料中,随着添加胶凝材料终粉煤灰掺量的提高以及EGC中砂率的增加,抗压强度和弹性模量基本不断减小,微裂缝条数变多,弯曲应变和应变硬化能力增强,裂缝宽度集中在50-80μm;抗压强度和弹性模量与纤维掺入量成正比关系;此外,EGC抗压强度普遍优于ECC,拉伸应变比ECC变化更加稳定,纤维增韧地聚合物的可弯曲、抗大变形能力更强。(2)为了降低支护成本、优化支护结构,分析研究了纤维增韧混凝土功能梯度材料在不同工况下的力学行为及变形破坏特征。当采用纤维增韧地聚合物厚度(外层抗弯部分)为总厚度一半时,当纤维掺量为1.4%时,弯曲应变硬化能力和拉伸应变率最大;由于纤维的作用,随着支护结构中纤维增韧地聚合物厚度的增加,弯曲性能和拉伸应变不断增加,当厚度(外层抗弯部分)为0.67h时,性价比最高。(3)利用大尺度模拟试验台,模拟了不同形状、不同厚度支护结构的变形破坏特征,分析了深部地下支护地聚合物结构与围岩共同作用下的变形规律。研究结果表明,为了达到支护结构增韧多裂缝破坏效果,在本次物理试验条件下作为喷射混凝土支护结构的厚度设计在1cm最为有利。圆形支护结构变形破坏相较于半圆拱更加规律,主要在顶底板和两帮部位,半圆拱破坏最严重的部位发生在底板处。(4)利用CMOSOL软件,利用支护结构的应变强化模型和围岩的应变软化模型相结合,模拟分析了不同纤维地聚合物喷层厚度、不同功能梯度材料与围岩共同作用的变形破坏和演化规律。对比分析纤维增韧支护结构与普通支护结构的差别,不同喷射支护材料的承载特性结果从好到差依次为EGC、ECC、普通混凝土;当喷层厚度在15-20cm时喷射支护材料的承载特性较好,纤维增韧支护结构体现出较强的延性和大变形能力;同时纤维增韧支护结构内部应力分布更为均匀,无明显应力集中等,能较好地限制周边围岩的变形和改善围岩应力效果。该论文有图94幅,表24个,参考文献102篇。