改性脱硫石膏基新型喷层支护结构研究.pdf

中图分类号论文编号 密级公珏 安徽理工大学 硕士学位论文 改性脱硫石膏基新型喷层支护结构研究 作者姓名奎瑾 专业名称王猩左堂 研究方向蓥道瞳层童控结构 导师姓名猩拦熬拯 导师单位塞筮理王太堂 答辩委员会主席 论文答辩日期2 0 1 4 年6 月7 日 安徽理工大学研究生处 2 0 1 4 年6 月7 日 万方数据 AD i s s e r t a t i o ni n ．鼬i 望曼出№丛垫i 箜 Y 2 6 | l | | u 9 l | J l l7 I I l l l i 0 I I I I Ir i 7 l l l I l 6 I I I I I 删删Ⅲ| I I J | ㈣舢㈣J | | | | Ⅲ R e s e a r c ho fm o d i f i e dd e s u l f u r i z a t i o ng y p s u mb a s e dn e w s p r a y i n gl a y e rs t r u c t u r e C a n d i d a t e L iL i n S u p e r v i s o r C h e n gH u a S c h o o lo fC i v i lE n g i n e e r i n ga n dA r c h i t e c t u r e A n H u i U n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y N o ．16 8 ，S h u n g e n gR o a d ，H u a i n a n ，2 3 2 0 01 ，P ．R ．C H I N A 万方数据 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方以 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获 得 塞邀垄三太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。 学位论文作者签名 日期z 池年j 月翌日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塞邀堡王太堂有保留、使用学位论文的 规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于趟 堡王太堂。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权安徽理工大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 保密的学位论文在解密后 适用本授权书 安 j 学位论文作者签名终驴掳 签字日期加，浒g 月彩日 导师签名签字E t 期加rp 年多月fb 日 万方数据 摘要 摘要 我国S 0 。排放量居世界首位，除了自身发展工业原因外，发达国家向我国转 移危险废品也是S 0 2 排放量增加的重要原因。S 0 的排放以及由此造成的污染给生 态环境与人体健康造成的危害是无法估量的，因此需对其进行治理并利用。在众 多烟气脱硫工艺中，湿式石灰石一石膏法因具有稳定、高效等优点成为世界上最成 熟、应用最广的脱硫工艺。 由于改性脱硫石膏的应用前景巨大，针对巷道支护领域，本课题研究拟将改 性脱硫石膏粉状母料做为水泥的替代物，实现改性脱硫石膏基复合材料部分替代 传统的水泥基喷射混凝土，并应用于矿区的岩巷喷层支护结构中。在工程应用之 前，对改性脱硫石膏基复合材料及喷层结构体的物理、力学性能进行系统的试验 研究，用以分析该改性脱硫石膏应用于岩巷支护的可行性。本文研究希望能使脱 硫石膏在结构应用，特别是地下支护结构应用方面取得一定的进展与成果。 本研究提出拟通过改性脱硫石膏基复合材料替代水泥基混凝土，应用于巷道 喷层支护。因此，基于改性脱硫石膏和矿区井下喷射混凝土常用原材料 如水泥、 砂、瓜子片、速凝剂 ，试验研究将通过对比性试验的方法，以常规的水泥基喷射 混凝土为基准材料，改性脱硫石膏基复合材料为目标材料，在分析两种材料的物 理、力学性能的基础之上，运用井壁结构试验台进行结构模型对比试验，得到支 护结构在均匀加载和不均匀加载条件下的承载能力、试验过程中结构应力和应变 特性等参数。再运用A N S Y S 大型分析软件建模、计算分析，得出该种新型支护 结构的力学特性，并与现场监测结果进行对比分析。根据试验结果判定目标材料 用于煤矿岩巷喷层支护的可行性。 图1 1 0 表9 参5 2 关键词改性脱硫石膏；巷道支护喷射混凝土；模拟试验；数值模拟 分类号T D 2 6 3 ； 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 A b s t r a c t S 0 2e m i s s i o n si nC h i n aa c c o r d i n gt ot h ew o r l d , i na d d i t i o nt oi t so w ni n d u s t r i a l d e v e l o p m e n t , t h ed e v e l o p e dc o u n t r i e st ot r a n s f e rh a z a r d o u sw a s t ea l s o i st h em a i n r e a s o nt h a tS 0 2e m i s s i o n sc o n t i n u et oi n c r e a s e ．E m i s s i o n so f8 0 2a n dt h ep o l l u t i o nt h e d a m a g et oe c o l o g i c a le n v i r o n m e n ta n dh u m a nh e a l t hi si m m e a s u r a b l e ．I nn u m e r o u s f l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o np r o c e s s ，w e tl i m e s t o n e - g y p s u mm e t h o df o ri t sa d v a n t a g e so f s t a b i l i t y , h i g he f f i c i e n c yb e c o m e t h ew o r l d ’Sm o s tm a t u r e ，t h ed e s u l f u r i z a t i o n t e c h n o l o g yo f t h em o s tw i d e l yu s e d ． B e c a u s eo ft h eg r e a ta p p l i c a t i o np r o s p e c to fm o d i f i e dd e s u l f u r i z a t i o ng y p s u mf o r r o a d w a ys u p p o r td o m a i n ，t h i st o p i cr e s e a r c hw i l lm o d i f i e dd e s u l f u r i z a t i o ng y p s u m p o w d e r c o n c e n t r a t ea st h es u b s t i t u t eo fc e m e n t ，i m p l e m e n t a t i o no fm o d i f i e d d e s u l f u r i z a t i o ng y p s u mb a s e dp a r t l yr e p l a c et h et r a d i t i o n a lc e m e n tb a s ec o m p o s i t e m a t e r i a ls p r a y e dc o n c r e t e ，a n da p p l i e dt ot h em i n i n ga r e ao ft h er o c kt u n n e ls u p p o r t i n g s t r u c t u r ei nt h es p r a yl a y e r ．P r i o rt ot h e e n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o n ，t h e m o d i f i e d d e s u l f i u f z a t i o ng y p s u mb a s e dc o m p o s i t em a t e r i a la n dt h es p r a yl a y e rs t r u c t u r es y s t e m o ft h ep h y s i c a la n dm e c h a n i c a lp e r f o r m a n c eo ft h et e s ta n dr e s e a r c h , t oa n a l y z et h e f e a s i b i l i t yo ft h ec o m p o s i t em a t e r i a la p p l i e di nr o c kt u n n e ls u p p o r t i n g ．T h i ss t u d y h o p e st om a k e d e s u l f u r i z a t i o ng y p s u ma p p l i c a t i o ni n s t r u c t u r e ，e s p e c i a l l yt h e u n d e r g r o u n ds u p p o r t i n g s t r u c t u r e a p p l i c a t i o n m a d eac e r t a i n p r o g r e s s a n d a c h i e v e m e n t ． S t u d ya n dp u tf o r w a r di nt h i sp a p e rt h r o u g ht h em o d i f i c a t i o no fd e s u l f u r i z a t i o n g y p s u mb a s e dc o m p o s i t em a t e r i a lt or e p l a c ec e m e n tc o n c r e t ea n da p p l i e di nt h es p r a y l a y e ro fr o a d w a ys u p p o r t ．T h e r e f o r e ，b a s e do nt h em o d i f i e dd e s u l f u r i z a t i o ng y p s u m a n db o r e h o l es h o t c r e t eu s e dr a wm a t e r i a l s s u c ha sc e m e n t ，s a n d ，m e l o ns e e d s ， a c c e l e r a t i n ga g e n t ，t h ee x p e r i m e n t a lr e s e a r c hm e t h o dt h r o u g hc o m p a r a t i v et e s t , b a s e d o nc o n v e n t i o n a lc e m e n tb a s es p r a y e dc o n c r e t em a t e r i a l ，t h em o d i f i e dd e s u l f u r i z a t i o n g y p s u mb a s e dc o m p o s i t em a t e r i a la st h eg o a l ，t h ea n a l y s i so ft h et w om a t e r i a l sb a s e d o np h y s i c a la n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ，u s i n gt h et e s t - b e df o rs h a f tw a l ls t r u c t u r em o d e l c o n t r a s tt e s t , g e tt h es u p p o r t i n gs t r u c t u r eu n d e rt h ec o n d i t i o no fu n i f o r ml o a da n d u n e v e nl o a dc a r r y i n gc a p a c i t y , i nt h ep r o c e s so ft h et e s ts t r u c t u r ep a r a m e t e r ss u c ha s s t r e s sa n ds t r a i nc h a r a c t e r i s t i c s ．T h e nu s i n gA N S Y Sa n a l y s i ss o f t w a r em o d e l i n g ， ．I I ． 万方数据 摘要 c a l c u l a t i o na n da n a l y s i s ，i ti sc o n c l u d e dt h a tt h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ft h i sk i n do f n e ww a l ls t r u c t u r e ．A c c o r d i n gt ot e s tr e s u l t sd e t e r m i n et a r g e tm a t e r i a lu s e di nc o a l m i n eb l a s t i n gi st h ef e a s i b i l i t yo ft h es p r a y i n gl a y e r ． F i g u r e110t a b l e9 r e f e r e n c e5 2 K e y W o r d s M o d i f i e dd e s u l f u r i z a t i o ng y p s u m ；R o a d w a ys u p p o r t ；S p r a y e d c o n c r e t e ．S i m u l a t i o nt e s t ；T h en u m e r i c a ls i m u l a t i o n C h i n e s eb o o k sc a t a l o g T D 2 6 3 ．．I I I ．． 万方数据 目录 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I A b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I I 1 绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1问题的提出⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 研究目的和意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l 1 ．3 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 ．3 ．1国内研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．3 ．2 国外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．3 ．3 存在的问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．4 研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 2 喷层结构模型试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．1 试验条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 ．2 试验方案设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 ．2 ．1 模型制作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 ．2 ．2 模型试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。9 2 ．3 试验结果与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11 2 ．3 ．1 试件截面应力应变分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11 2 ．3 ．2 均匀加载试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．3 ．4 不均匀加载试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 2 ．3 ．6 试件破坏特征与承载能力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 9 3 简化模型理论分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 3 ．1 简化措施与弹性中心⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 l 3 ．2 荷载作用下的计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 3 3 ．3 使用弹性中心法简化计算支护结构模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 4 喷层结构模型数值模拟分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 4 ．1 数值模拟方法与计算软件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 4 ．1 ．1 数值模拟方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 4 ．1 ．2 有限元法的原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 4 ．2 钢筋混凝土支护建模⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 0 4 ．2 ．1 有限元模型的选取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 0 4 ．2 ．2 单元选取及材料模型的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5l 4 ．2 ．3 本构关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 4 ．3 脱硫石膏混凝土喷层支护结构A N S Y S 分析的基本假定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 4 ．4 脱硫石膏混凝土喷层支护结构有限元模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 3 4 ．4 ．1 脱硫石膏混凝土喷层支护结构有限元模型参数分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 3 4 ．4 ．2 脱硫石膏混凝土喷层支护结构有限元模型建立与求解⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 4 ．4 ．3 脱硫石膏混凝土喷层支护结构有限元模型求解结果与分析⋯⋯⋯⋯⋯5 6 4 ．3 计算结果与试验结果比较分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 9 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 0 5 现场支护效果评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 3 5 ．1 现场工业性试验及监测测站布置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 3 5 ．2 监测结果及其分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 3 6 结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 5 6 ．1 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 5 6 ．2 存在的问题与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 6 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 7 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 0 0 作者简介及读研期间主要科研成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 0 1 万方数据 目录 C o n t e n t s 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I 1I n t r o d u c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．1 p r o b l e mi sp u tf o r w a r d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．2r e s e a r c hp u r p o s ea n d m e a n i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．3r e s e a r c hs t a t u sa th o m ea n da b r o a d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 ．；．1t h ed o m e s t i cr e s e a r c hs t a t u s ．⋯⋯⋯．．⋯．⋯．⋯．．⋯．⋯．⋯⋯．⋯．⋯．⋯．．⋯⋯．⋯⋯．⋯．⋯⋯2 1 ．；．2r e s e a r c hs t a t u sa b r o a d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 ．；．3 e x i s t i n gp r o b l e m s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．4t h er e s e a r c hc o n t e n t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 T h es u m m a r yo f t h i sc h a p t e r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 2 s p r a yl a y e rs t r u c t u r em o d e lt e s t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2 ．1t e s tc o n d i t i o n s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 ．2 t e s ts c h e m ed e s i g n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 2 ．2 ．1t e s ts c h e m ed e s i g nf o r t h ef i r s tt i m e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2 ．2 ．22 ～5t i m e st e s ts c h e m ed e s i g n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 ．3t e s tr e s u l t sa n da n a l y s i s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 ．3 ．1 s p e c i m e nc r o s ss e c t i o ns t r e s sa n ds t r a i na n a l y s i s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一9 2 ．3 ．2 t e s to f e a c hm e a s u r i n gp o i n ts t r e s sa n a l y s i sf o rt h es e c o n dt i m e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯．11 2 ．3 ．3t h et h i r dt e s to f e a c hm e a s u r i n gp o 证s t r e s sa n a l y s i s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 2 ．3 ．4t e s to f e a c hm e a s u r i n gp o i n ts t r e s sa n a l y s i sf o rt h ef o u r t ht i m e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 2 2 ．3 ．5t e s to f e a c hm e a s u r i n gp o 缸s t r e s sa n a l y s i sf o rt h ef i 劬t i m e ⋯⋯⋯⋯⋯2 8 2 ．3 ．6 s p e c i m e nf a i l u r ec h a r a c t e r i s t i c sa n db e a r i n gc a p a c i t y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 4 n l es u m m a r yo f t h i sc h a p t e r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一3 7 3 S i m p l i f i e dm o d e l3t h e o r e t i c a la n a l y s i s ⋯．⋯⋯．⋯．⋯⋯．⋯．⋯．⋯⋯．⋯．⋯．⋯．⋯⋯⋯．⋯．⋯．⋯．3 8 3 ．1 s i m p l i f i c a t i o na n de l a s t i cc e n t e r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 8 ；．l o a dc a l c u l a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．。4 0 3 ．3 u s i n ge l a s t i cc e n t e rm e t h o dt oc a l c u l a t es u p p o r tm o d e l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 ．3 ． 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 T h es u m m a r yo f t h i sc h a p t e r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。4 5 4 s p r a yl a y e rs 觚c t u r em o d e lo f n u m e r i c a la n a l y s i s ⋯⋯⋯．⋯．．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯．⋯．．⋯．⋯．．．4 6 4 ．1n u m e r i c a ls i m u l a t i o na n dc a l c u l a t i o ns o f t w a r e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 6 4 ．1 ．1n u m e r i c a ls i m u l a t i o nm e t h o d ．．⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯．⋯．⋯．．⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．4 6 4 ．1 ．2t h ep r i n c i p l eo f t h ef i n i t ee l e m e n tm e t h o d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 6 4 ．2t h e r e i n f o r c e dc o n c r e t es u p p o r t i n gm o d e l i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 7 4 ．2 ．1t h es e l e c t i o no f f i n i t ee l e m e n tm o d e l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 4 ．2 ．2u n i ts e l e c t i o na n dd e t e r m i n a t i o no f m a t e r i a lm o d e l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 8 4 ．3t h ed e s u l f u r i z a t i o ng y p s u mc o n c r e t es p r a yl a y e rs u p p o r t i n gs t r u c t u r eo fA N S Y S a n a l y s i so f t h eb a s i ca s s u m p t i o n s ⋯．．⋯⋯⋯．⋯．⋯．⋯⋯．⋯．⋯⋯．．．．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．．⋯⋯⋯4 9 4 ．4t h ed e s u l f u r i z a t i o ng y p s u mc o n c r e t es p r a yl a y e rs u p p o r t i n gs t r u c t u r ef i n i t e e l e m e n tm o d e l ⋯．．⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯．．⋯⋯．．⋯⋯．⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．．⋯⋯．．1 9 4 ．4 ．1d e s u l f u r i z a t i o ng y p s u mc o n c r e t es p r a yl a y e rs u p p o r t i n gs t r u c t u r ef i n i t e e l e m e n t a n a l y s i so f m o d e lp a r a m e t e r s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 9 4 ．4 ．2d e s u l f u r i z a t i o ng y p s u mc o n c r e t e s p r a yl a y e rs u p p o r t i n gs t r u c t u r e f i n i t e e l e m e n tm o d e le s t a b l i s h m e n ta n d s o l v i n g ⋯．．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．．⋯．．⋯．．⋯⋯．．⋯．．⋯5 0 4 ．4 ．3d e s u l f u r i z a t i o ng y p s u mc o n c r e t e s p r a yl a y e rs u p p o r t i n g s t r u c t u r ef i n i t e d e m e n tm o d e lr e s u l t sa n d a n a l y s i s ⋯⋯．．．．⋯⋯．⋯．．．⋯．⋯⋯．．⋯．．⋯．．⋯．．⋯⋯．．⋯⋯．5 2 T h es u m m a r yo f t h i sc h a p t e r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 9 5s i t es u p p o r t i n ge f f e c te v a l u a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 0 5 ．1t h es i t ei n d u s t r i a lt e s ta n dm o n i t o r i n gs t a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 0 5 ．2 m o n i t o r i n gr e s u l t sa n di t sa n a l y s i s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 3 ，n l es u m m a r yo f t h i sc h a p t e r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。9 0 6t h ec o n c l u s i o na n d p r o s p e c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 1 6 ．1t h ec o n c l u s i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 l 6 ．2 p r o b l e m sa n dp r o s p e c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 r e f e r e n c e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 3 a c k n o w l e d g e m e n t ⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 3 A u t h o r sb r i e f i n t r o d u c t i o na n dm a i nr e s e a r c ha c h i e v e m e n t sd u r i n gg r i n d i n g ．．⋯．⋯．．⋯⋯9 3 ．4 ． 万方数据 1 绪论 1绪论 1 ．1问题的提出 我国S 0 2 排放量居世界首位，除了自身发展工业外，发达国家向我国转移危 险废品也是S 0 2 排放量增加的重要原因。目前，资源利用和大气污染之间日趋激 烈的矛盾是我国经济发展面l 临的一大挑战，尽管在发展经济的同时，政府不断的 采取手段，颁发一些相关法律治理并保护环境，但是环境污染始终与工业发展成 正比例增长，环境污染的一大根源就是大气污染，而S 0 2 的排放是造成大气污染 十分重要的根源，国家环保总局公布的数据显示，“十五“ 期间，S 0 2 排放量与之 前相比增加了2 7 ％，1 0 ％的消减目标并没能实现，到2 0 0 5 年S 0 2 的总排放量己经 达到2 5 4 9 万吨，居世界首位，环保总局报告还指出，排放一吨S 0 2 造成的经济损失 大约两万元，那么按2 0 0 5 年排放总量2 5 4 9 万吨计算，全国因此造成的损失为5 0 0 0 亿左右，占G D P 的2 ．6 ％左右。 S 0 2 不断的放以及由此造成的酸雨污染给生态环境的损害与人体健康的影响 造成的危害是无法估量的，今后这种污染造成的损失还将持续增加。这不仅对电力 工业的可持续发展目标带来不好的影响，对我国可持续发展战略的整体目标也是 一种阻碍，2 0 1 0 年我国煤炭总需求量为2 4 ．5 亿吨，燃煤发电机组将增加到5 ．5 亿千 瓦，由燃煤产生的S 0 2 为3 5 0 0 万吨，这给环境治理带来了更大的压力。“十一五” 期间，我国将进一步加大控制火电厂S 0 2 排放量力度，重点加强对S 0 2 超标排放电 厂的治理，燃料硫分大于1 ％的电厂，要求重点城市周边电厂，包括新建电厂实施排 烟脱硫，加快燃煤电厂脱硫工艺设施建设Ⅲ。 1 ．2 研究目的和意义 由于改性脱硫石膏的应用前景巨大，针对巷道支护领域，本课题研究拟将改 性脱硫石膏粉状母料做为水泥的替代物，实现改性脱硫石膏基复合材料部分替代 传统的水泥基喷射混凝土，并应用于矿区的岩巷喷层支护结构中。由于国、内外 在电厂脱硫石膏综合利用方面少有该应用领域的相关报道和实例，因此应在工程 应用之前，对改性脱硫石膏基复合材料及喷层结构体的物理、力学性能进行系统 的试验研究，用以分析该改性脱硫石膏应用于岩巷支护的可行性口3 。 本文研究的是改性脱硫石膏材料应用于岩巷支护的可行性，并与传统的支护材 料水泥做对比分析，确定改性脱硫石膏是否优于水泥，若改性脱硫石膏材料可运用 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 于岩巷支护之中，则对于实际工程的使用具有实际意义，对于改善脱硫石膏对环境 的污染也具有一定的积极意义。 1 ．3 国内外研究现状 1 ．3 ．1国内研究现状 我国石灰石一石膏湿法脱硫始于8 0 年代末，目前，仍对脱硫石膏关注度不够，脱 硫石膏的研究缺乏深