钢纤维混凝土动态力学特性及损伤规律研究

摘要

以云南某矿山超深井衬砌支护为工程背景，对不同掺配方案、不同标号的钢纤维混凝土试样进行动态冲击试验，并采用数字图像相关技术分析了冲击荷载下试样表面的应变场演化.试验结果表明：三掺钢纤维混凝土动态抗压强度和耗散能占比大于单掺和双掺钢纤维混凝土；素混凝土的动态强度越小，掺配钢纤维后混凝土试样的动态强度提升越显著.采用高速摄像机记录了钢纤维混凝土试样的破坏全过程，试样破坏模式受混凝土标号和钢纤维掺配方案控制，可分为剪切、劈裂和剪切–劈裂复合型破坏.与素混凝土试样相比，钢纤维混凝土试样在冲击荷载下的裂纹数量减少，反射能占比更低，透射能和耗散能占比更高，表明钢纤维能有效抑制裂纹萌生扩展，增强井壁混凝土的稳定性.钢纤维混凝土试样的非破坏性冲击试验结果显示三掺钢纤维方案能够最大程度抑制混凝土在冲击荷载下的损伤.最终建议该矿山深部竖井衬砌支护采用混凝土标号为C50，钢纤维的掺配方案为每立方素混凝土掺配端钩型长纤维40 kg、镀铜平直型中长纤维5 kg以及短镀铜平直型短纤维10 kg.

关键词

钢纤维混凝土 / 动态冲击 / 损伤变量 / 数字图像处理 / 矿山深部竖井

基金资助

国家自然科学基金面上项目（52374153,52074349）