根据空间壳体力学原理,通过模型试验研究了聚丙烯纤维混凝土钢筋网壳的力学性能及复合衬砌的变形、破坏形态与发展规律。该支护体系的应用,实现了三维钢筋支架与混凝土力学特性在深井破碎性软岩巷道支护中的复杂应力的转化效应,从而达到对深部巷道围岩稳定的控制目标,能有效地支护高地压大变形巷道、跨采动压巷道、冲击地压巷道以及大断面硐室等。

在介绍纤维混凝土的分类及其特征的基础上,分析了基于"以抗为主"策略的聚丙烯纤维增强混凝土的机理与效果,指出了聚丙烯纤维能有效阻止塑性及硬化早期混凝土收缩裂缝的产生和发展,能提高和增强混凝土抗裂、抗渗等方面的性能。基于聚丙烯纤维混凝土的工程应用范围和部位,给出了聚丙烯纤维混凝土施工工艺。

针对动压失稳巷道的变形特征,提出了在动压巷道中采用聚丙烯纤维混凝土钢筋网壳锚喷支护技术。该新支护结构具有一定的整体可缩性,有较高的承载能力和让压性能。现场监测表明,在不降低支护承载能力的情况下,该支护形式能很好地防止动压变形,具有良好的柔性,是一种优良的动压巷道让压支护结构。

考虑聚丙烯纤维体积掺量和长径比两因素,设计制作了7组混凝土试件,通过单轴受压应力-应变全曲线试验,研究了聚丙烯纤维对混凝土力学行为的影响。采用声发射信号采集系统同步监测混凝土内部损伤演化过程,分析了聚丙烯纤维混凝土单轴受压损伤机理。结果表明,聚丙烯纤维显著改善了混凝土的峰后延性和抗压韧性。混凝土试件贯通裂缝形成时,声发射撞击数突增,应力迅速下降,损伤发展较快。随着纤维体积掺量增加,试件声发射累计撞击数逐渐增大;纤维长径比为280时,声发射累计撞击数最大。聚丙烯纤维混凝土破坏时剪切裂纹所占裂纹总数比重较大,试件呈现剪切破坏形态。