摘要：针对普通型浆体易干缩影响加固效果且仅对被支护岩体提供黏结作用的缺陷，提出了膨胀型浆体“先挤后黏”的注浆加固思路。系统开展了膨胀型浆体性能、膨胀型浆体-岩体力学特性和膨胀型浆体应用试验3个部分研究。首先，介绍了膨胀型浆体体积膨胀率、膨胀应力发育特征及其膨胀机理，分析了不同约束条件、约束应力对其膨胀及强度等性能的影响规律，并探讨了膨胀型浆体力学强度提升和凝结时间调控方法。其次，采用理论分析、试验研究等方法，研究了浆-岩复合岩体强度模型和剪切力学机制。最后，采用数值模拟和现场试验等方法，探索了膨胀型浆体在急倾斜层状岩体巷道顶板注浆加固和砂浆注浆锚杆支护方面的应用效果，揭示了其注浆加固力学作用机理。结果表明：① 膨胀型浆体具有较好的体积膨胀率和膨胀应力，在不同约束条件下的最大体积膨胀率分别为36.96%、20.22%及3.89%，试样单轴抗压强度分别为2.53、8.82、13.55 MPa。浆体膨胀发育所受的约束条件越多，体积膨胀率越小，强度越高。② 膨胀型浆体和普通型浆体裂隙注浆加固下的浆-岩复合岩体剪切强度分别为2.95 MPa和2.26 MPa，膨胀型浆体裂隙注浆加固的浆-岩复合岩体试样剪切强度提高了30.53%。③ 采用膨胀型浆体注浆加固的急倾斜层状岩体巷道顶板的最终位移量低于普通型浆体注浆时。膨胀型浆体注浆时，顶板两侧的应力较大，且顶板应力整体上显著大于普通型浆体注浆后的顶板应力。④ 添加一定量膨胀型浆体后砂浆能对锚杆产生2.03～8.26 MPa的径向膨胀应力，较普通砂浆锚杆极限抗拔力最大增加了59.8%，具有更好的支护效果。以上研究表明，膨胀型浆体具有较好的体积膨胀效果，在有限空间内虽然体积膨胀受限但浆体仍有较好的力学强度，能有效提高被支护岩体的整体抗压和抗剪强度，在含断层采场顶板和注浆锚杆支护中都具有较好的试验效果。本研究可为地下岩土工程注浆加固技术提供良好的技术借鉴和理论支撑。
文章目录
1 膨胀型浆体性能研究
1.1 常见膨胀材料
1.2 膨胀型浆体体积膨胀率及膨胀应力
1.3 不同约束条件下的膨胀型浆体性能
1.3.1 不同约束环境下的膨胀型浆体性能
1.3.2 不同约束应力作用下的膨胀型浆体性能
1.4 膨胀型浆体强度提升方案
1.5 膨胀型浆体凝结时间调控
2 浆-岩复合岩体力学特性研究
2.1 浆-岩复合岩体强度模型
2.1.1 浆-岩复合岩体强度表达式
2.1.2 浆-岩复合岩体破坏模式判别
2.1.3 强度模型试验验证
2.2 浆-岩复合岩体剪切力学机制
2.2.1 浆-岩复合岩体直剪试验
2.2.2 浆-岩复合岩体直剪数值模拟
2.2.3 浆-岩复合岩体抗剪强度提升机理
3 膨胀型浆体应用试验
3.1 采用膨胀型浆体注浆的急倾斜层状岩体巷道顶板加固效果
3.1.1 急倾斜层状岩体巷道顶板注浆加固数值模拟
3.1.2 急倾斜层状岩体巷道顶板膨胀型浆体注浆加固机理
3.2 膨胀型浆体注浆的砂浆锚杆抗拉拔性能
3.2.1 膨胀型砂浆注浆锚杆的膨胀应力与抗拔力现场测试
3.2.2 膨胀型砂浆注浆锚杆拉拔数值模拟
4 对未来研究的思考
5 结 论
