冲击和振动

冲击和振动/2021./文章
特殊的问题

地下矿山的动态地面支护

查看此特殊问题

研究文章|开放访问

体积 2021. |文章ID. 6627520 | https://doi.org/10.1155/2021/6627520

冯晓伟,薛飞,赵通阳,蒋文杰 通过添加钢颗粒的树脂胶囊机械改性“,冲击和振动 卷。2021. 文章ID.6627520 13. 页面 2021. https://doi.org/10.1155/2021/6627520

通过添加钢颗粒的树脂胶囊机械改性

学术编辑器:Nur Izzi MD。尤斯托
收到了 2020年12月09
修改 2021年2月04
公认 2021年6月16日
发表 2021年6月25日

摘要

将粒径为0.6 ~ 2.2 mm,增量为0.4 mm的5种钢颗粒与矿用树脂材料混合,颗粒配比也有所不同。利用该方法可有效地解决煤矿锚杆旋转过程中颗粒的碎裂作用造成的粘膜问题。前提是在这样的条件下,力学行为不应被削弱。人工制备了47个标准圆柱形试样,包括纯树脂试样和含有不同大小和重量颗粒的试样。首先,通过CT扫描技术验证制备的标准样品的均匀性。其次,评估了每种类型的颗粒所提供的机械改进。再次,对颗粒质量和粒度的效果进行了综合讨论,最终推荐的粒径和重量分别为1.4 mm和40 g,颗粒质量百分比为7.27%。最后,收集了所有试件的破坏模式,并进行了综合比较。此外,还进行了拉拔试验,以验证推荐的粒度和重量。

1.介绍

螺栓系统包括插入钻孔的钢筋,并通过使用特定的粘结材料与岩体同时粘结。通过使用锚杆系统,可以抑制岩体的变形,或对松散岩体进行加固;最终,可以在很大程度上防止岩体的潜在失稳[1-3.].螺栓技术在岩土和采矿区广泛应用,并以作者的知识,螺栓技术在1872年在北威尔士的一座石板采石场出现[4.].

目前,螺栓系统使用树脂盒或水泥材料用作可以将螺栓粘合到钻孔的内壁上的中间体。考虑到螺栓提供的加强可以分类如下:(1)连续机械耦合(CMC);(2)连续摩擦耦合(CFC);(3)离散地机械或摩擦耦合(DMFC)[5.].分类基于元件负载如何转移到岩石上,然后将树脂粘合的螺栓属于CMC系统。如今,两部分聚酯树脂盒极为流行,特别是在煤矿中,因为当树脂适当地用螺栓和钻孔时,这种树脂系统可以实现岩石变形的奇妙控制效果。树脂盒的最明显的优点是其快速设定性能,最快的树脂可以设定在小于或等于30秒钟内[6.].然后,挖掘后可以立即加强岩体,这对地下挖掘的整体稳定性特别有利。另外,树脂所实现的高早期强度是另一个优点,其可以为岩体提供足够的支撑效果,这远远超出水泥材料的相应性质。

然而,基于树脂的螺栓系统在实际应用中仍面临挑战。一个明显的问题是手套,这是一种现象,树脂胶囊的塑料盒部分或完全包围一定长度的螺栓,通常具有混合和未混合的树脂填充物和粘附筒内的催化剂的组合[7.8.].由于沿着螺栓的混合或未粘结的部分,手套通常导致螺栓系统中的轴承强度差;结果,螺栓系统倾向于表现出过早衰竭。早在1987年,Pettibone的作品表明,单独的树脂属性可能会显着改变手套的程度[9.].2004年,由坎贝尔,模具和宏指令进行的测试作证,倒角螺栓,正弦螺栓和偏移螺母可以减少手套并给出最佳结果[10.].2005年,帕斯塔斯和麦格雷戈得出结论,模拟的手套螺栓只提供了非受欢迎测试用例负载转移的10%。同年,康普顿和Oyler通过对标准300 mm短封装拉力试验(SEPTs)和过芯标准螺栓拉力试验的比较,认为手套没有降低粘结强度。

最近,在2012年,Peter Craig原位测试进行了广泛的表现,并表明了玻璃窗和非螺栓的9月产生了类似的债券强度结果;而且,通过几乎接触螺栓孔的侧面的改进的螺栓端,滑动只能显着减少[11.].2016年至2017年,Ma等人和Aziz等人注意到,由于薄膜手套和未混合树脂,大多数螺栓的顶部具有最低的粘结强度,这些作者提出了超钻孔安装,因为它可以缓解螺栓顶部的胶囊薄膜手套[12.13.].

鉴于上述短暂的调查,用于减少手套的主要解决方案包括改善树脂性质,改变螺栓端部和过度透射。通过将钢颗粒添加到树脂中,可以改善树脂的机械性能[14.更重要的是,由于螺栓安装过程中的碎片效应,也可以同时降低所有手套问题[15.].这项工作采用以下两条指南,留下了进一步详细的测试和验证的机会。(1)直径为2mm的钢丝被手动切成2.0〜3.5毫米的长度,并且各种直径和长度的效果未知。(2)仅将20~40钢颗粒加入到每个样品中,钢颗粒和树脂之间的重量比的效果未知。

在这种情况下,该研究致力于在与树脂材料混合时探讨钢颗粒的尺寸和重量的影响。通过将特定的钢颗粒添加到树脂中,测试和分析改性树脂的强度,并进行改性树脂骨螺栓的拔出试验。在已建立的结果下,可以实现在工程环境中在实际螺栓系统中添加颗粒以缓解薄膜手套问题的可能性。

2。材料和方法

2.1.简要介绍树脂、钢颗粒及制备工艺

树脂胶囊由两个单独包装的内部区域和外包装膜组成。其中一个内部区域填充了树脂和凝固促进剂;另一个区域填充固化剂。在螺栓的旋转效果下,薄膜被切碎,然后这些材料混合并最终在不到一分钟内固化。转移螺栓和岩体之间的负载极为重要;因此,可以检测到岩体的微小变形,然后限制。树脂胶囊的长度和直径分别为2300mm和50mm。使用的树脂胶囊的实际照片如图所示1(a)

本试验中采用的钢颗粒各种尺寸:0.6毫米,1.0毫米,1.4毫米,1.8毫米和2.2毫米,如图所示1(b).考虑到锚杆与钻孔之间环空的适当厚度,未对大于2.2 mm的颗粒进行研究。现有研究已经表明,环空厚度应为3 ~ 4毫米[16.17.[过大的颗粒是不切实际的,因为它们在实际安装过程中大大提高了旋转电阻,这减缓了钻头并降低了安装速度。

试样制备需要树脂和钢颗粒之间适当的混合,这是通过使用以下程序完成的:

首先,选择精确类型的钢颗粒,然后在电子秤上测量比重。其次,刀用于将树脂胶囊的包装膜粘接以分别地收集树脂和凝固促进剂和固化剂。第三,手动混合树脂胶囊和钢颗粒的两个组分,然后迅速捏合混合物;确保混合物的均匀性是非常重要的。没有采用搅拌器,因为已经用几种搅拌器进行了一些初步试验,这表明树脂化合物不能与搅拌器与钢颗粒均匀混合。同时,需要快速所需的混合过程,因为设定时间小于或等于一分钟。此采购通常需要相对熟练的操作员。第四,将混合物放置在标准的50mm×100mm圆柱形模具内,并且预先唤醒模具的内壁以方便脱模。脱模可以大约十分钟的时间或在模具的外壁的温度达到其常规温度之后(混合物过程表现出放热反应之后)。最后一步是加工。 The semifinished specimens prepared in the fourth step generally could not guarantee precise standard 50 mm × 100 mm cylindrical specimens; hence, the demoulded specimens were further subjected to a machining procedure. Eventually, successfully prepared specimens were produced, and the top view and bottom view of a sample are shown in Figure1(c)

通过使用上述方法,制备总共47个样品。表中列出了参数,例如粒度,粒径,总重量和密度,如表所列1.通过仔细检查这些参数,应在分析过程中额外关注异常参数值的标本,因为其中一些可能导致测试偏离正常值的结果。


不。 粒径(mm) 粒子重量(克) ID 总重量(g) 区别 (g) 百分比 (%)

1 0. 0. R1. 411.11 416.00* 0. - - -
2 R2. 419.22
3. R3. 417.66

4. 0.6 80 M0.6-80-1 464.53 48.53 0.61 10.45
5. 120. m0.6 - 120 - 1 471.18 55.18 0.46 11.71
6. 160. M0.6-160-1 515.5 99.50 0.62 19.30
7. 200. M0.6-200-1 531.86. 115.86 0.58 21.78
8. 240. m0.6 - 240 - 1 555.91 139.91 0.58 25.17

9. 1 80 M1.0-80-1 455.02 39.02 0.49 8.58
10. M1.0-80-2 470.42 54.42 0.68 11.57
11. 120. m1.0 - 120 - 1 493.08 77.08 0.64 15.63
12. m1.0 - 120 - 2 490.19 74.19. 0.62 15.14
13. 160. m1.0 - 160 - 1 486.36. 70.36 0.44 14.47
14. m1.0 - 160 - 2 518.79 102.79 0.64 19.81
15. 200. M1.0-200-1 543.81 127.81 0.64 23.50

16. 1.4 40 M1.4-40-1 441.19. 25.19 0.63 5.71
17. M1.4-40-2 426.53 10.53 0.26 2.47
18. M1.4-40-3 448.59 32.59 0.81 7.27
19. 80 m1.4 - 80 - 1 466.94 50.94 0.64 10.91
20. m1.4 - 80 - 2 473.41. 57.41 0.72 12.13
21. m1.4 - 80 - 3 483.27 67.27 0.84 13.92
22. 120. M1.4-120.1 511.38 95.38 0.79 18.65
23. M1.4-120-2 495.41. 79.41. 0.66 16.03
24. 160. M1.4-160-1 524.68 108.68 0.68 20.71
25. M1.4-160-2 537.42 121.42 0.76 22.59

26. 1.8 40 M1.8-40-1 447.69 31.69 0.79 7.08
27. M1.8-40-2 449.63 33.63 0.84 7.48
28. M1.8-40-3 442.11 26.11 0.65 5.91
29. 80 M1.8-80-1 476.23 60.23 0.75 12.65
30. M1.8-80-2 479.28 63.28 0.79 13.20
31. M1.8-80-3 459.45 43.45 0.54 9.46
32. 120. M1.8-120.1 498.53 82.53 0.69 16.56
33. M1.8-120-2 496.66 80.66 0.67 16.24
34. M1.8-120-3 498.19. 82.19 0.68 16.50
35. 160. m1.8 - 160 - 1 526.63 110.63 0.69 21.01

36. 2.2 40 M2.2-40-1 429.75 13.75 0.34 3.20
37. M2.2-40-2 442.59 26.59 0.66 6.01
38. M2.2-40-3 442.32 26.32 0.66 5.95
39. 60 M2.2-60-1 453.85 37.85 0.63 8.34
40 M2.2-60-2 451.44 35.44 0.59 7.85
41. M2.2-60-3 471.44 55.44 0.92 11.76
42. 80 M2.2-80-1 471.21 55.21 0.69 11.72
43. M2.2-80-2 481.79 65.79 0.82 13.66
44. M2.2-80-3. 468.52. 52.52 0.66 11.21
45. 120. M2.2-120-1 502.07 86.07 0.72 17.14
46. M2.2-120-2 508.47 92.47 0.77 18.19
47. 160. m2.2 - 160 - 1 497.7 81.70 0.51 16.42

R1 ~ 3的平均权值。 每个样品的实际重量与树脂样本的平均重量(416g)之间的差异;以M1.4-40-1为例,差异是441.19-416 = 25.19。 实际颗粒质量与理论颗粒质量之比;以M1.4-40-1为例,其比值为25.19/40 = 0.63。 以前提到的“差异”与表格中的“总重量”之间的百分比。

表中的第七列(比率)1非常重要,因为它决定了添加了多少颗粒;理论上,如果完全添加测量的颗粒并混合,则该比例应为1。尽管如此,在脱模手术后,所有标本的顶部和底部都是进一步的,以满足国际岩石力学学会(ISRM)概述的测试方法的指导方针[18.],然后去除每个试件顶部和底部的部分,导致颗粒数量减少,比例降至1以下。为量化制备标本的质量,以0.6的比值为临界值,比值小于0.6的标本视为异常,比值大于0.6的标本视为正常。根据这一定义,表中划线标出了异常标本的比例1为了方便机制解释在以下测试中。

2.2。测试方法

以单轴抗压强度(UCS)作为评价试样力学性能的指标。值得注意的是,在实际的螺栓系统中,树脂的主要失效是由剪切引起的,这是树脂在工程现场环境中的真实反应;因此,剪切应该是一个主要的因素,需要讨论。研究表明,剪切强度与剪切强度有密切的关系。传统的莫尔-库仑剪切强度准则认为强度与剪切面上的正应力线性相关[19.,以及抗剪强度准则ττ = σN棕褐色ϕ+C,在那里C是凝聚力,σN是正常的重音吗ϕ为内摩擦角。因此,基于UCS的力学性能评价能够反映树脂在工程领域的真实行为。基本上,高UCS的树脂试样也具有较高的抗剪强度,相应的改性树脂胶囊也能产生较好的补强效果。

试验采用MTS测试系统(64.106/64.106 E型)进行。关于这台机器的技术细节,读者可以参考作者之前的研究[20.].加载速率为1 mm/min,数据采样率为10 Hz,故障检测阈值为70%。请注意,加载速率与建议的测试标准相对不同[21.]因为树脂的机械行为容易塑性,与大多数岩石肿块呈现的脆性不同。

3。结果与讨论

3.1.制备标本的同质性检测

树脂具有较高的粘度,这使得在某些情况下手工混合树脂比较困难。如前所述,两部分树脂必须快速混合,否则容易发生过早凝固,导致试样不均匀。在本试验中,钢颗粒的掺入会使树脂的粘度更大;因此,需要熟练的标本制备。

确保制备的标本中颗粒的分布均匀性也至关重要;否则,毛孔,裂缝,弱平面或聚集将导致多样化的测试结果。特别地,必须避免钢颗粒的聚集。为了验证均匀性,在标本M1.8-120-1上进行工业计算断层扫描(CT)扫描。基于CT的均匀性验证不是主要因成本限制而在每个标本上进行的。

将扫描路径分为水平和垂直路径,并且获得了总共4921个图像切片。图2(a)-2(c)显示提取方法和相应的图像。在图中2(a),相邻水平扫描切片之间的距离为10 mm,第一个切片距离底部也为10 mm。一共提取了9个水平切片,如图所示2(b).同样,相邻的垂直扫描切片之间的距离为5mm,第一个切片距离外边缘也为5mm(图)2(a)).共提取了9个垂直切片,如图所示2(c)

总的来说,钢颗粒在样品中均匀分布。另外,显眼的毛孔/裂缝和弱飞机几乎没有注意到。通过进一步参考图中的三维呈现照片2(d),进一步证明了均匀性。

3.2。纯树脂标本的测试结果

树脂标本的强度用作评估与钢颗粒混合的样品的机械性能的基准。数字3.绘制三种纯树脂样本的曲线(ID:R1〜3)。所有曲线都在开始时展示了凹形趋势,然后是线性响应;之后,凸起趋势继续直到达到峰值。这种类型的发展趋势在岩石力学中非常熟悉,上述过程可分为三个阶段:弹性阶段,稳定的裂纹生长阶段和不稳定的裂纹生长阶段[22.].

树脂R1〜3的峰值是(30.83,26.51),(25.19,24.41)和(26.29,23.85)。在表中收集一些代表参数2.在表2, E50为割线弹性模量,表示峰值应力值50%处应力与应变的比值。纯树脂试样的平均应力、平均模量和E50分别为24.92 MPa、0.92 GPa和1.08 GPa。


标本ID. 峰值压力的米兰斯兰 峰值应力(MPa) Ave.压力(MPA) E(GPA) 大道E (GPa) 应变50 压力50. E50(GPA)

R1. 29.86 26.48 24.92 0.89 0.92 11.71 13.24 1.13
R2. 25.19 24.41 0.97 10.87 12.21 1.12
R3. 26.29 23.85 0.91 11.90 11.93 1.00

strain 50为应力达到峰值应力值的50%时的应变值。 应力50是指峰值应力的50%。
3.3。用颗粒测试标本的结果

数字4.列出与颗粒混合的标本的应变应力关系,图中的标签从表中源1.通过参考表中的特定参数1如果样品的“比例”值太小,则不考虑样品的结果,例如,对于M1.0-80-1,M1.0的0.49,0.44和0.26的比例。-160-1和M1.4-40-2分别。

总的来说,在每条曲线上有一个明显的三阶段布局。在弹性阶段,大部分颗粒受旋转或剪切力的影响较小,与树脂材料的粘接效果稳定致密。在稳定生长阶段,少量钢颗粒开始旋转并与内部区域剪切力方向一致,而其他大部分颗粒能够抵抗旋转力而保持静止。因此,部分颗粒与树脂材料之间的粘结作用开始恶化,局部应力倾向于在颗粒边缘附近集中。在不稳定生长阶段,颗粒表现出旋转、脱粘、滑移、变形等多种运动;颗粒与树脂之间的粘接作用趋于孤立或减弱。峰值应力以外的过程主要由宏观剪切面或断裂面的运动控制。

图中颗粒为0.6 mm的样品4(a),与图中所示的那些相比,它们表现出更大的强度3..M0.6-80-1的峰值应力为41.18MPa,与表中R1的相应值(26.48MPa)相比增加了55.51%2.M0.6-80-1的弹性模量达到1.96 GPa,也是表中R2对应值的2.02倍2.这种增强不限于最大值,并且颗粒重量在120g和240g之间的剩余标本也表现出比纯树脂样本更高的强度。小颗粒可以大大增加树脂样品的机械能力,最值得注意的颗粒改性可以产生比纯树脂样品大于55.51%的峰值应力。然而,样品中的过度百分比的颗粒将逐渐削弱机械行为。

对于图中1.0 mm颗粒的试样4 (b)结果表明,1.0 mm颗粒对树脂试样也有增强作用,整体强度提高幅度相近。颗粒的确切重量对试样整体力学性能的影响有限,颗粒添加量从80 g增加到200 g几乎没有改变试样的峰值应力值。M1.0-120-Ave的峰值应力。峰值在所有标本中最低;因此,这一发现的详细机制需要稍后讨论,并全面考虑来自其他标本的结果。

对于图中有1.4毫米粒子的标本4 (c),“大街。40-1和40-3”和“大街”。它们的应变-应力关系也极为相似。从曲线直线段的行为来看,掺有40g颗粒的试件通常比其他试件表现出较高的刚度值。考虑弹性模量时,加入40 g颗粒的试样比加入120 g颗粒的试样弹性模量大。通过试验可以确定,加入钢颗粒可以改善树脂的力学性能。这种趋势似乎与粒径没有显著的关系,而与粒径的关系是明显的。

图中含有1.8 mm颗粒的试样4 (d)当粒子重量增加时,强度表达了趋势的降低。随着粒子重量从40g增加到160g,峰值应力从40.73MPa增加到26.15MPa,并且弹性模量和E50都表现出大致相似的趋势。似乎粒径超过1.8mm时,机械性能往往会在一定程度上削弱。然而,粒子重量的影响仍然突出,可以通过在粒子重量增加时通过机械性能的降低趋势来注意到。

对于图中含有2.2 mm颗粒的试样4(e),含有40g,60g和80g或颗粒的样品的机械响应大致相同,并且对于含有40g和80g颗粒的样品,该发现尤其突出。然而,与120g和160g颗粒混合的样品的峰值应力表现出明显的降低趋势。含有40g颗粒的样品呈现出最高E50值,并达到含有160g颗粒的试样表现出的最低E50值。通过整体比较,还有意大利的是,将粒径从1.8mm增加到2.2mm肯定不能增加样本的强度。因此,大于1.8mm的颗粒将降低强度,并且当粒径为2.2mm时,这种现象变得越来越明显。另外,在增加粒度的效果下的强度趋势也突出。

直到分析在这里,所有上述结果仍然缺乏彼此的联系,似乎适用于某种类型的样本的一些规则不适用于其他标本;因此,需要更全面和微妙的讨论。

3.4。粒子重量,尺寸和故障模式的有效性
3.4.1。粒子权重的有效性

数字5.列出通过恒定粒度调节试样的粒子重量和峰值应力之间的关系。评估标准是,只有在特定粒子重量下的峰值应力和E50可以始终如次地达到比替代方案相对较高的效果,才能测试有效性。

总体上可以得出以下主要结论:(1)当粒径小于1.4 mm时,颗粒质量达到120 g时,应力峰值明显减小,沿颗粒质量-应力峰值曲线呈u型分布;(2)当颗粒质量为40 g时,应力和模量峰值较大;(3)当粒度小于1.4 mm时,将颗粒重量设定为160 g也可以得到较好的值。

3.4.2。粒径的有效性

图中绘制了不同颗粒质量下颗粒大小与峰值应力的关系6..使用与本节中描述的相同的方法3.4.1,选取各组应力峰值最高的曲线进行比较。

总体而言,相对较强的组合可以获得当(1)粒子尺寸是1.4毫米,粒子重量是40 g,(2)颗粒大小是1.0毫米,粒子的重量是80克,或(3)粒子大小是1.4毫米,粒子的重量是160克。如果同时加入E50进行比较,那么前面提到的第一和第三种组合可以带来最好的机械响应。

3.4.3。粒度和重量的最佳组合

在图中7.,总结了所有有效样本的峰值应力和割割模量(E50)。粒子重对每种颗粒的影响可以基于每组的拟合曲线来概括;通过参考粒度划分该组。

为峰值应力(见图)7(a)), m0.6和m1.8组随着颗粒质量的增加呈下降趋势;随着颗粒质量的增加,m1.0组和m1.4组呈凹进趋势;m2.2组随着颗粒质量的增加呈凸趋势。

求割线模量(见图)7(b)), m0.6 -组和m1.4 -组表现出凹进趋势,m1.0 -组与颗粒质量成正比。m1.8组和m .2.2组的弹性模量均呈下降趋势,而m .2.2组的割线模量呈凸趋势。

从图中提取出结论7.粒径为1.0 mm和1.4 mm的试样的力学响应均较好,这一规律对掺有1.4 mm颗粒的试样尤其适用。此外,颗粒重量为40克是更好的,但有时颗粒重量为160克也会导致相当大的结果。

考虑锚杆在工程现场实际安装时的旋转阻力,应同时考虑颗粒的撕碎效应。与螺栓与钻孔之间的环空厚度相比,1.0 mm的颗粒相对较小,因此对塑料薄膜进行有效的撕碎可能不实用。另外,160克颗粒有时会导致旋转阻力过大,因为没有颗粒的树脂胶囊粘度已经很大。因此,最佳粒度和质量组合分别为1.4 mm和40 g。值得一提的是,表格中的所有比率1应该在一开始就等于1,并且在部分中解释了不一致的原因2.1.因此,比率应相应调整。例如,对于M1.4-40-3和M1.4-160-2,表中“差”与“总重量”之间的百分比1分别为7.27%和22.59%。

3.4.4。所有标本的故障模式

数字8.呈现所有样本的故障模式,以及对应的数字范围1块中对应于图中特定的样品照片。纯树脂试样的破坏模式以拉应力为主,主裂纹沿试样近似垂直分布。0.6 mm颗粒混合试样的破坏形态主要为拉伸(M0.6-120-1)、剪切(M0.6-160-1、M0.6-200-1、M0.6-240-1)和拉剪联合破坏(M0.6-80-1)。1.0 mm和1.4 mm颗粒混合试样的破坏形态以剪切和拉伸为主,破坏后和峰后受力过程中均未出现断裂或劈裂现象。

有趣的是,当粒径大于1.8mm时,大多数样本的失效模式表现出分离形态,如在第26-30号,第32-30号,第32-30号,第43号,第43号和第46号。-47。实际影响因子应为过大的颗粒尺寸,这削弱了树脂材料的粘合能力,并导致内聚力和剪切力的减少。然后,在UCS测试期间倾向于粉碎样品,并且剪切是导致样本分裂的最重要因素。

3.5。基于拉出测试的验证

考虑到粒度和重量的最佳组合(1.4mm,40g)和颗粒重量百分比(上面提到的7.27%),进行了另外的拉出试验以进一步验证这种组合。拉出试验是一种广泛认可的方法,用于检查螺栓系统的承载力,由此岩体被钢管取代。在该测试中,关于煤矿螺栓,钢管和树脂环的所有参数都在图中注释9(一个).试验前将树脂胶囊的包膜去除,以消除手套的影响;因此,可以独立评价颗粒的力学改进。对钢管内壁进行车削加工,形成粗螺纹;从而增强了树脂管界面的结合能力,避免了在拉拔试验中沿着该界面可能发生的脱钩。将50mm长的钢棒插入钢管端部并进行焊接,然后在拔出试验时预留钢管远端50mm长用于MTS机的夹紧;这样,螺栓的运动就不会受到限制。

位移和负载之间的关系绘制在图中9 (b)并且还附着螺栓拉伸行为以供参考。可以清楚地看出,通过颗粒粘合的螺栓系统,所述树脂添加树脂高于纯树脂键合螺栓系统的峰值载荷,但所有样本的第一线性增加阶段都没有表现出明显的差异。对于树脂颗粒键合的No.2(1),峰值负荷是141kN(133kN),位移为19mm(18mm),而对于树脂粘合的No.1,该值为110kN和10mm, 分别。这里可以绘制简短的概要:首先,可以将峰值负荷提高28%,至少颗粒加入树脂材料中;其次,树脂颗粒粘合的螺栓系统可以维持比树脂粘合的螺栓系统可以的更稳定的延期局部负载。例如,用于树脂粘合螺栓系统50mm的位移的负载是31kN,同时树脂颗粒的值最多为50mm的粘结螺栓系统。毫无疑问,证明了树脂颗粒粘结螺栓系统的优点;这与Feng等人进行的另一个测试符合。[23.].

数字9 (c)表现出树脂粘合试样(上一个)和树脂颗粒键合标本(下一个)的失效图案。总的来说,暴露的螺栓并不彼此不同,并且沿着螺栓树脂界面的划痕是透明的。然而,可以在下部(放大视图)的表面上观察到一些颗粒,并且暴露的螺栓区域大于上部的螺栓区域。内部机构是颗粒在螺栓的拉出过程中被迫滑动,并且沿着螺栓树脂界面的剪切力是致动颗粒旋转和压碎树脂的主力的主力。因此,较低的附着树脂沉积物不是很紧凑。尽管如此,由于这些粒子的复杂互锁效果可以保证系统的峰值负荷,并且可以持续高次蛋作载荷;这两个属性都有利于地下岩石支撑,这项研究的初衷有点达到。

4.讨论

本研究中的主要研究靶标是钢颗粒掺杂后的树脂材料的机械性能改善,可以确定优化的颗粒尺寸和混合比。但是,在汲取结论之前,应涉及以下提示。(1)虽然本研究的起点是通过添加钢颗粒去除螺栓系统的手套问题,但实验集中在标准圆柱标本的机械结果上并制备螺栓系统;主要原因是纸张长度考虑。有趣的读者可以参考作者的另一个工作,以便对该方法进行深入了解[23.].(2)采用钢管代替实际岩石进行拔管试验,不能真实反映安装在原位环境中的岩石力学性能;因此,应谨慎参考已建立的结果。同时,结合拉拔试验结果,验证了加颗粒锚杆系统的有效性。

与现有研究相比,本文着重从以下几个方面进行了改进。(1)分析了掺入钢颗粒的圆柱形树脂试样的力学特性,Cao等和Campbell等的研究未对其进行讨论[10.15.].(2)对颗粒掺杂树脂剂粘结的螺栓进行了拉拔试验,这也与Chen等进行的推拉试验不同。[24.].一般认为拔试验比推试验更可靠[25.].(3)定义了粒度和重量的最佳组合,以实现树脂粘合螺栓的最佳机械性能,这在现有的与手动问题相关的研究中也没有广泛研究,尽管它们提出了假设,但粒子可能是一个解决这个问题的解决方法[24.26.].最后但并非最不重要的是,对于坡度衰竭或通过流体流动模型进行倾向或打磨分析的土壤中细颗粒的数值解决方案也可以参考该研究中的粒子偶联机制的数值分析[27.28.],可以将来调查。

5。结论

(1)与颗粒混合的所有样品表现出比纯树脂样本的峰值应力和割割模量更大。随着粒径在1.0mm和1.4mm之间变化,达到相对较高的峰值应力。随着粒度的增加,所述分割模量减少。(2)本研究中粒度和重量的最佳组合分别为1.4mm和40克;在这些条件下,添加颗粒的重量与样品的总重量之间的百分比为7.27%。(3)纯树脂试样的破坏形态以拉伸为主,颗粒混合试样的破坏形态以拉伸、剪切和拉剪联合破坏为主。(4)在粒度(1.4mm),重量(40g)和颗粒重量百分比(7.27%)的最佳组合下,制备螺栓系统以进行拉伸试验。拉出结果表明,树脂颗粒粘合的螺栓系统可以具有更高的峰值负荷和比树脂粘合的螺栓系统可以实现的更稳定的延期局部负载。因此,捍卫将钢颗粒添加到树脂胶囊中的可靠性,这提供了未来相关现场应用的可能性。

数据可用性

用于支持本研究中的数字的原始数据可根据要求从相应的作者获得。

的利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

作者的贡献

Xiaowei Feng提出了这个想法,进行了实验,并写了稿件。同阳赵进行了实验和数据分析。Fei Xue和Wenjie Jiang帮助通过建设性讨论进行分析。

致谢

国家自然科学基金项目(51804296)、中国博士后科学基金项目(2019M661989)和浙江省自然科学基金项目(LQ20E080006)资助。

参考

  1. A.Kılıc,E. yasar和A. G.Celik,灌浆性能对完全灌浆岩螺栓的拉出负荷能力的影响,“隧道和地下空间技术,第十七卷,第二期4,页355-362,2002。视图:出版商网站|谷歌学者
  2. Y. Zheng,C. Chen,T. Liu,D.歌曲和F. Meng,摇滚螺栓局部加固的防浸床上用品岩石坡稳定性分析“工程地质学,卷。251,pp。228-240,2019。视图:出版商网站|谷歌学者
  3. 李昌昌,“高应力岩体中锚杆的现场观察”,岩石力学与岩石工程,卷。43,不。4,pp。491-496,2010。视图:出版商网站|谷歌学者
  4. R. Schach, K. Garshol和A. Heltzen,摇滚螺栓:一个实用的手册,宾夕法尼亚州立大学:佩加蒙出版社,伦敦,英国,1979。
  5. A. Bobet和H. H.Einstein,“隧道加固与岩博,”隧道和地下太空技术采用了开挖科技研究,卷。26,不。1,pp。100-123,2011。视图:出版商网站|谷歌学者
  6. J. Emery,I. Canbulat,P.Craig,J. Naylor和A. Sykes,“在澳大利亚澳大利亚澳大利亚地下煤炭运营中的旋转树脂的发展和实施”国际矿业科技杂志,卷。26,不。1,pp。161-168,2016。视图:出版商网站|谷歌学者
  7. R. Campbell和R. J. More,“手套和未混合树脂在煤矿地岩土设计假设和地层控制上的完全封装的屋顶螺栓中的影响”国际煤炭地质学杂志,卷。64,不。1,pp。116-125,2005。视图:出版商网站|谷歌学者
  8. R. Frith, G. Reed, M. Mckinnon,“在水平分层顶板岩层和潜在改进区域有效加固顶板锚杆策略的基本原则”,国际矿业科技杂志,卷。28,不。1,pp。67-77,2018。视图:出版商网站|谷歌学者
  9. H. C. Pettibone,避免树脂灌浆屋顶螺栓的锚地问题,美国矿山,华盛顿特区,美国,​​美国,1987年,RI-9​​129。
  10. R. Campbell, R. Mould, and S. Macgregor,“在完全封装的屋顶螺栓中,手套和未混合树脂的程度和机制的研究”澳大利亚矿业研究所和Metallurg诉讼程序,页203-214,珀斯,澳大利亚,2004年6月。视图:谷歌学者
  11. P. Craig,“解决有煤顶的煤矿的树脂损失和手套问题”澳大利亚矿业和冶金研究所的诉讼程序,pp.20-128,墨尔本,澳大利亚,2012年11月。视图:谷歌学者
  12. S. MA,N.Aziz,J.Nemcik和A. Mirzaghananali,“安装程序完全债券特征的影响”灌浆的岩石螺栓,第40卷,第5期。5, pp. 846-857, 2017。视图:出版商网站|谷歌学者
  13. N.Aziz,P.Craig,A.Mirzaghanani,以及J.Nemcik,“影响岩石锚杆封装质量的因素”岩石力学与岩石工程,第49卷,第49期。8, pp. 1-15, 2016。视图:出版商网站|谷歌学者
  14. H. Xin, M. Nijgh,和M. Veljkovic,“用于注射螺栓连接的钢增强树脂的计算均匀化模拟,”,复合结构,卷。210,pp。942-957,2019。视图:出版商网站|谷歌学者
  15. 曹超,任涛,张勇,张磊,王飞,“加添加剂灌浆改善地面支护效果的试验研究”,国际岩石力学与矿业科学学报,卷。85,pp。52-59,2016。视图:出版商网站|谷歌学者
  16. A. Campoli,P. Mills,P. Todd和K. Dever,“优化钢筋树脂环,”采矿工程第54卷第5期2002年,第42-44页。视图:谷歌学者
  17. A. Zingano,J. Koppe,J. Costa和S.Peng,“原位试验和数值SSIMULACULE关于环形厚度对完全灌浆树脂螺栓的树脂混合物的影响,”第27届国际采矿地面控制会议论文集,PP。2008年7月284-290,Syd Peng,Morgantown。视图:谷歌学者
  18. Z. T. Bieniawski和M. J. Bernede,“确定岩石材料单轴抗压强度和变形能力的建议方法”,国际岩石力学与矿业科学与地质力学摘要,卷。16,不。2,pp.138-140,1979。视图:出版商网站|谷歌学者
  19. B. Shen, J. Shi, and N. Barton,“一种近似非线性修正莫尔-库仑剪切强度准则用于完整岩石的临界状态,”岩石力学与岩土工程学报,卷。10,没有。4,pp。645-652,2018。视图:出版商网站|谷歌学者
  20. 张宁,冯兴,杨树华,“全粘结螺栓在循环荷载作用下的力学响应”,国际岩石力学与矿业科学学报,卷。109,pp.138-154,2018。视图:出版商网站|谷歌学者
  21. Astm International,在不同的应力和温度状态下完整岩芯试样的抗压强度和弹性模量的标准试验方法, ASTM International, West Conshohocken, PA, USA, 2014。
  22. R. Kong,X. T. Feng,X. Zhang和C. Yang,真实三轴压缩下砂岩裂纹启动与损伤压力的研究,“国际岩石力学与矿业科学学报,卷。106,pp。117-123,2018。视图:出版商网站|谷歌学者
  23. X. Feng,F. Xue,W.Jiang,M. Wang和W. Song,“歌曲”通过掺假钢颗粒来解决螺栓系统中的手套问题“建筑和建筑材料,第268卷,第121179条,2021年。视图:出版商网站|谷歌学者
  24. C. Chen, T. Ren, C. Cook,“灌浆材料中加入骨料及其对锚杆系统荷载传递的影响”,国际矿业科技杂志,第24卷,第2期3, pp. 325 - 328,2014。视图:出版商网站|谷歌学者
  25. A.H.Høien,C.李,Zhang,Zhang,“灌浆钢筋岩石螺栓机制的拉出和临界栓塞长度”,“岩石力学与岩石工程第54卷第5期3,pp。1431-1447,2021。视图:出版商网站|谷歌学者
  26. “树脂锚固剂中添加钢骨料对锚固力的影响”,中国土木工程大学学报(自然科学版),中国煤炭学会,卷。44,不。6,pp。1690-1697,2019。视图:谷歌学者
  27. Y. Cui,A. Nouri,D。Chan和E. Rahmati,“沙油生产模拟的新方法”石油科学与工程学报,卷。147,pp。56-67,2016。视图:出版商网站|谷歌学者
  28. Y. Yin,Y. Cui,Y. Tang,D. Liu,M. Lei和D. Chan,“固体流体依次耦合模拟土壤的内部侵蚀由于渗漏而”,“颗粒状物质,第23卷,第2期。第20条,2021年。视图:出版商网站|谷歌学者

版权所有©2021 xiaowei feng等。这是分布下的开放式访问文章创意公共归因许可证,允许在任何媒介上不受限制地使用、传播和复制,但必须正确引用原作。


更多相关文章

PDF. 下载引用 引用
下载其他格式更多的
订单印刷副本订单
意见44.
下载84
引用

相关文章

年度奖项:由我们的首席编辑所选的2020年突出的研究捐款。阅读获奖物品