煤田地质与勘探

作者：李宜家, 郝宪杰, 陈昱光, 庞天, 杨怀翔, 李航, 季金一, 李欣宇,

关键词：煤矿, 地下水库, 含竖直界面, 水浸弱化, 纳米材料, 力学特征, 增强规律,

目的为加快推进黄河流域生态保护和高质量发展，“导储用”理念提出通过改造采空区构建地下水库，并利用防隔水混凝土坝体实现对矿井水的存储与保护。但在长期水浸及采动作用下，混凝土坝体复合结构的接合界面处可能出现强度劣化，形成隐患。方法通过掺入0.5%和1.0%的纳米SiO2、Al2O3及TiO2，经2次浇筑制成双半圆柱结合的含竖直界面试样，采用非金属超声波速检测和单轴压缩试验，研究纳米改性混凝土界面试样在水浸后的界面稳定性及强度变化。结果和结论(1)界面试件破坏存在界面破裂和完全破坏2个阶段，揭示界面试件在受压时的分阶段失效机制。(2)水浸14 d后，普通界面试件相比未进行水浸时平均降低了19.15%和15.11%，表明水浸环境对界面试件的完全破坏强度和界面破裂强度都产生了劣化效应。(3)通过试件破坏特征分析，发现仅有未水浸的0.5%纳米TiO2试件呈现出贯穿界面的剪切破坏，其余试件均呈现平行于界面的劈裂破坏特征，表明0.5%纳米TiO2可增强界面抗剪能力，但水浸会弱化该效应。(4)相比普通界面试件，掺入0.5%纳米TiO2试件后界面破裂强度提高了35.23%，对界面的改善效果较优；掺入0.5%纳米SiO2试件的完全破坏强度提高了37.14%，呈现较好的基体强化效果。(5)掺入0.5%纳米SiO2时对含竖直界面混凝土试件的弹性模量和变形模量改善效果最好，分别提高了30.34%和39.25%。研究成果对地下水库及相关工程设施的长期安全稳定运行具有重要的科学价值与工程指导意义。

来源：2025年第10期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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