高强钢纤维碳纳米管混凝土双轴破坏准则及其在千米井筒中的应用开题报告.ppt
,高强钢纤维碳纳米管混凝土双轴破坏准则及其在千米井筒中的应用,课题来源：,国家自然科学基金(41172317),汇报内容,选题依据和意义,国内外研究现状,研究内容,特色与创新,预期研究成果,技术路线,进度安排,汇报内容,1 选题依据及意义,拉压比为1/14.6-1/19.6,选题依据,各类井筒事故的频发,高强混凝土缺点是脆性大,未来20年内我国很多煤矿将进入到1000m以上的开采深度,建筑、桥梁向超高层、超大跨发展,1.1选题依据,普通混凝土拉压比约为1/10,（1）2005年黑龙江省东荣三矿在采用冻结法施工时，其主井、副井、东风井三个井筒均因围岩的蠕变及因冻胀而产生的地压力随着施工而释放，并产生井帮位移，对后续施工及工程质量造成重大影响。,（2）2006年3月29日杨柳矿井筒西侧井壁距井底2.5m处一块1.81.20.4米的“滑皮”矸石从掘进工人头部前滑落下来，造成一人死亡。,图1-1 立井井筒破坏状态,（3）2011年8月25日，中煤第七十一工程处霍邱张庄铁矿项目部进风井基建施工过程中，在进行冻结段内壁支模浇注混凝土时，井下-224米炸模，炸模后砼冲入井下工作盘，井工作盘被冲坏，10人被困。,1.2选题意义,为适应社会发展，减少形形色色的煤矿井筒事故生，结合千米井筒冻结法施工方法，系统研究高强钢纤维碳纳米管混凝土的双轴受力性能和破坏准则，及其早期收缩和长期荷载作用下的蠕变性能，为井筒设计、施工、长期维护管理以及事故处理分析提供理论基础成为亟待解决的课题。,2 国内外研究现状,1849年，法国花匠莫尼尔在水泥中加入细铁丝网制成花盆和种桔树用的铁丝水泥桶,1911年-1933年，在英、美、法等国均有人申请了在混凝土中均匀掺加短铁丝、细木等混凝土改性的专利,1963年J.P.Romualdi和G.B.Batson提出了钢纤维混凝土开裂强度是由对拉伸应力起有效作用的钢纤维平均间距所决定的结论(纤维间距理论),钢纤维混凝土的广泛应用,2.1 钢纤维混凝土的发展,2.2 高强钢纤维混凝土的双轴破坏准则,收缩、徐变研究现状,因为高强混凝土水泥用量大，水灰比小，自收缩大，水化热高，收缩应力、温度应力大于普通混凝土。所以，如果控制不当，当收缩应力、温度应力大于混凝土抗拉极限时就会出现裂缝。对此，相关文献分别对不同强度等级的高强混凝土的收缩徐变进行了研究。由于千米井筒的巨大自重，以及不同井段混凝土的强度等级又不一样，因此蠕变变形将更加复杂，同时也因试验条件的限制，关于这方面的研究文献相当缺乏。但也一些学者对长期蠕变性能进行了研究，并给出了相应的经验公式。,井壁混凝土一般处于多向受力状态，目前，国内外对混凝土在双轴应力下力学性能的试验和理论研究，取得了一些研究成果，其中对混凝土双轴压压的试验较多，而对双轴拉压、双轴拉拉的试验很少；针对混凝土强度的试验数据较多，而针对混凝土变形的试验数据很少。因此，对处于拉压应力状态的混凝土强度及变形的研究，尚缺乏全面、充分的试验论证。而关于混凝土在双轴应力状态下的研究文献，国际上也以中国研究居多，主要集中在大连理工大学、清华大学等几家单位，且多以普通混凝土为居多。因此，有针对性地开展高强钢纤维混凝土的双轴破坏准则研究，已经成为井筒设计、施工与在役管理所必须。,混凝土双轴破坏准则研究现状,3 研究内容,3.1 C70-C100钢纤维混凝土配合比研究,C70-C100基准混凝土,砂河砂，Mx2.6,水泥PO52.5,水中性水,石子(5-20mm连续级配）,高效减水剂聚羧酸减水剂减水率40%以上,高强钢纤维碳纳米管混凝土,级粉煤灰,硅灰SiO292%,多壁碳纳米管,通过正交试验,3.2 高强钢纤维混凝土的一般力学性能研究,一般力学性能,耐久性能,物理力学性能,抗折强度,抗压强度泊松比弹性模量,劈拉强度,抗渗性,抗硫酸盐侵蚀,抗氯离子侵蚀,抗拉强度,抗冻性,3.3 高强钢纤维混凝土的早期收缩与长期徐变变形,根据有关高强混凝土的收缩变形研究结论，其收缩变形主要发生在14 h之内，如14 h收缩值是3d收缩值的92%。因此，本课题将主要监测1d、3d、7d、14d和28d时间段内的早期收缩。其中，1d内的收缩值，将按1h为测量间隔，其他时间段内将分别测读3次作为当期的平均值。测试环境在恒温恒湿环境中进行。,图3-1 混凝土收缩测试装置,3.3 高强钢纤维混凝土的早期收缩与长期徐变变形,图3-2 混凝土静态徐变装置,长期徐变是在一定应力水平下通过静态徐变试验机进行监测，记录混凝土28d、56d、90d、120d的蠕变值。其中，测试数据由数据记录仪自动进行测读。,3.4 高强钢纤维混凝土的双轴破坏准则及本构关系,利用立方体为100mm的试件，分别在伺服液压万能试验机和二轴等刚度试验机上进行受压试验。其中，应变通过位移传感器（LVDT）测量，加载方向如图3-3所示。,分别进行不同应力比水平下的极限压应力试验，获得应力-应变曲线和强度值并进行强度理论分析，得出双轴应力状态下高强钢纤维混凝土的破坏包络线。,分析双向受压，一向受拉、一向受压、双向受拉三种不同受力状态下应力应变变化，整理破坏形态、极限强度与变形关系，最终得出不同应力条件下的高强钢纤维混凝土的双轴破坏准则。结合普通混凝土本构模型建立相应的高强钢纤维混凝土双轴加载应力-应变本构关系。,图3-3 试件在试验机上双轴压加载方向,3.5 高强钢纤维混凝土井筒数值模拟,收集现场井筒相关参数并结合相关模型，根据3.4研究出的高强钢纤维混凝土双轴破坏准则及本构关系建立井筒破坏有限元模型，通过ANSYS分析并验证高强钢纤维混凝土双轴破坏准则及其本构关系的实用性及准确性。,3.6 研究目标,研究目标,获得具有良好抗渗、抗侵蚀性能的C70-C100钢纤维碳纳米管混凝土配合比,提出高强混凝土的收缩徐变经验公式,确定高强钢纤维混凝土的单轴和二轴破坏准则及本构关系,建立井筒破坏有限元分析模型,4 特色与创新,Text in here,特色与创新,高强钢纤维碳纳米管井筒混凝土围岩应力作用下的 二轴破坏准则及本构关系,高强钢纤维碳纳米管井筒混凝土在自重荷载和围岩应力作用下的长期徐变性能,5 技术路线,5.1 研究方案,Step 1,Step 2,Step 3,Step 4,探索试验,正交试验,制作不同规格试块,物理力学性能,100mm立方体试块,二轴等刚度试验机,混凝土最优配合比,耐久性能,长期徐变,双轴破坏准则本构关系,规格为100100515的试块,Step 5,ANSYS有限元软件,建立模型,收集项目井筒参数,早期收缩,砂,水,水泥,石子,单因素,矿物外加剂、钢纤维碳纳米管,品格、规格对高强钢纤维混凝土的影响,高效减水剂,多因素,正交试验,高强钢纤维混凝土最优配合比,5.2 技术路线,图5-1 高强钢纤维混凝土最优配合比研究路线图,5.2 技术路线,收集、分析国内外有关高强钢纤维混凝土的试验研究成果及课题组的前期成果,C70-C100钢纤维混凝土配制,满足抗渗、抗侵蚀性能,粉煤灰、硅灰和碳纳米管为主要矿物外加剂,正交试验,早期收缩试验,长期徐变试验,混凝土收缩仪,长期蠕变仪,单轴受拉压试验,万能试验机,二轴受压试验,不同应力水平,二轴等刚度试验机,5.2 技术路线,早期收缩、徐变模型,多轴破坏准则,弹性,弹塑性,广义八面体理论,现场测试,井筒数值模拟与仿真,测点布置传感器选型,模型修正,图5-2 研究内容技术流程图,6.进度安排,试验方案设计，原材料购买，试件制作，完善文献的搜集（前期已完成）,2011.9-2012.6,发现并总结多因素多水平对高强钢碳纳米管纤维混凝土的影响及其变化规律（目前已开始）,进行高强钢纤维碳纳米管混凝土的配合比设计研究，发现并总结单因素对高强钢纤维混凝土的影响及其变化规律（基本已完成）,2012.7-2012.12,2013.1-2013.6,6 进度安排,2013.7-2013.12,2014.1-2014.6,系统地开展高强钢纤维混凝土的物理力学性能及耐久性能试验，提出高强钢纤维混凝土的收缩徐变经验公式，建立高强钢纤维混凝土的单轴和双轴破坏准则及本构关系；,补充必要的试验，撰写论文，准备答辩。,7 预期研究成果,(1)获得高强混凝土的收缩徐变经验公式；,(2)确定出高强钢纤维混凝土的单轴和双轴破坏准则及本构关系；,(3)确定井筒破坏有限元分析模型。,预期研究成果,
