混杂纤维凝土动态冲击力学破坏特性研究

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近年来,随着我国煤炭浅层资源的逐渐枯竭和深度的不断加深,工程地质条件日益复杂,立井井壁在施工初期易受到采出面和施工机械爆破冲击波等问题也随即出现,这对于立井井壁的材料设计也有了更高的要求。所以通过静动力学实验和数字图像相关法的方式,来探究井壁混凝土在应用过程中的力学规律,对我国深部煤区开采具有重要意义。为此本文通过实验和DIC法相结合的方式,研究不同体积掺量和不同长径比下的混杂纤维混凝土在冲击动荷载下的力学性能。本文首先对混凝土的材料及实验设计进行了介绍,再利用静力学设备对不同掺量和不同长径比的混杂纤维混凝土进行了测试,得到抗压和劈裂抗拉强度;获得了试件破坏的特征,实验结果表明:各纤维组混凝土抗压强度较基准组增幅为14.6%~25%,各纤维组混凝土劈裂抗拉强度较基准组增幅为13.8%~60.4%,试件破坏呈现为两种特征。其次,为了获得混杂纤维混凝土的动态力学特性,利用SHPB实验系统对试件进行动态劈裂实验。对比分析了不同掺量和不同长径比的混杂纤维混凝土的动态劈裂强度、应力-应变曲线、动态韧性和能量特性。结果表明:聚丙烯体积掺量对混凝土动态劈裂强度提高幅度排序为:0.1%>0.05%>0.15%;聚丙烯长径比对混凝土动态劈裂强度提高幅度排6000>3000>9000;而就动态韧性而言,各纤维组混凝土较单掺钢纤维组增幅为27.8%~81.9%;表明适量聚丙烯掺量和长径比能有效地提高试件的反射能并降低吸收能,从而降低混凝土试件在动态加载时受到的能量冲击。再基于数字图像相关法,对DIC应变云图、混凝土的裂缝破坏形式及合位移进行了综合分析。结果表明:各组试件DIC应变云图和破坏裂缝主要呈现两种不同变化过程;就合位移而言,各混杂纤维组混凝土的合位移相较于基准组混凝土和单掺钢纤维组混凝土有大幅降低,最大降低幅度分别达331.07%和296.23%,且分别在聚丙烯纤维体积掺量0.1%和长径比为6000时,合位移值最小。为深部立井井壁的设计提供了依据。图44表13参89
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