高压水荷载下井壁混凝土力学性能试验研究

摘要

随着浅部煤炭资源渐趋枯竭，为确保煤炭工业的可持续发展，需进行深部煤炭开发。目前，有的井筒深度已达到1000米，而在黄淮地区新井建设时井筒将要穿过深厚冲积层。随着井筒穿过冲积层厚度的增加，井壁承受的水压力也越来越大，由此而带来井壁在高压水荷载作用下的安全使用问题。因此，对井壁混凝土在高压水作用下的力学性能研究很有必要。
　　 通过对深厚表土层冻结井壁实际受力状态的分析，指出在冻结壁解冻后，高压水荷载将直接作用在井壁上，因此，在井壁结构分析中应考虑高压水荷载直接作用下混凝土的力学特性。
　　 在试验研究方面，利用安徽理工大学地下工程结构研究所的液压加载装置进行，混凝土试件采用100mmx100mmx100mm的立方体试件，试验中考虑了不同的加载方式（有水和无水作用）和不同的水荷载大小对试件强度的影响。试验的水荷载作用方式分为试件密封和试件不密封两种。水荷载大小分别为0、3MPa和5MPa。为了分析混凝土的强度等级对混凝土抗压强度的影响，分别采用C50、C60、C70的混凝土标准试件在0、3MPa、5MPa围压下，对混凝土的抗压强度进行试验。试验结果表明，在密封条件下（高压水荷载间接作用下），混凝土的抗压强度随着围压（高压水荷载）的增大而显著增大，在3MPa、5MPa条件下最大可分别增加16.2％和25.5％，并且随着混凝土强度等级的提高，增强效果有减弱趋势；在不密封条件下（高压水荷载直接作用下），混凝土抗压强度增加效果减弱，较密封条件下的强度值下降。
　　 在理论方面，分析了在水力劈裂作用下井壁混凝土裂纹的萌生和扩展，研究了混凝土在高压水荷载作用下的破坏机理，从而对井壁混凝土的破坏机理有了更进一步的认识。本文结果可以为高压水荷载下井壁混凝土强度计算提供实验数据。