基于大数据挖掘的深土井壁极限承载力模糊随机模型

为有效抵御地下结构工程中复杂多变的外荷载,提升深土井筒支护的安全可靠性,运用两淮矿区深厚冲积层井壁为原型,按相似性原理浇筑钢筋混凝土井壁模型,进行了大量钢筋混凝土井壁模型的极限承载力试验,结果发现影响井壁极限承载力的主要因素有混凝土抗压强度、厚径比和配筋率。其中,混凝土抗压强度对井壁承载力影响较为明显,配筋率影响较弱,但各影响因素在深厚冲积层实际工程中又伴随着不同程度的不确定性。针对深厚冲积层井筒施工过程中极限承载力及其影响因素的模糊随机性,以大量井壁试验和两淮矿区的钢筋混凝土井筒工程参数作为大数据样本集,分析结构材料、几何参数和计算模式的不确定分布情况,得到混凝土抗压强度、厚径比和配筋率的模糊随机分布规律。采用最大期望算法(EM)优化传统的大数据HMM挖掘模型,分别经过E步骤计算极大似然估计值和M步骤计算参数期望估计,改进后模型经过两次模糊随机过程,相比原算法具有误差小、效率高和收敛快等优点,更能满足实际地下工程中的不确定特性。基于改进后的大数据挖掘HMM算法,综合大数据环境下的材料性能、几何参数和计算模式的模糊随机分布,建立大数据挖掘井壁极限承载力模糊随机模型,实例证明该模型更加可靠合理,更具有工程实用价值。     

我国西部地区孔隙型含水基岩段立井单层井壁外荷载研究

针对我国西部地区白垩–侏罗纪含水基岩段立井井筒设计外荷载取值问题,基于广义有效应力原理与渗流理论,构建围岩与井壁共同作用下的井壁外荷载分析模型,得出井壁外荷载解析解,提出贴壁式和离壁式井壁受力条件,探讨井壁外荷载形成机制。最后,结合西部深埋含水煤系地层特性,讨论井壁外荷载、水压折减系数等取值区间。研究结果表明:(1)井壁外侧水压折减系数β和围岩与井壁渗透率比值/r cK K密切相关,且成正比关系,多数情况下β为0.5～0.9;(2)贴壁状态下,井壁外荷载折减系数ω的变化范围为0.496～0.963;离壁状态下,ω的取值范围为0.5～1.0;(3)单层井壁仅适用于弱富水性白垩—侏罗纪深埋煤系地层,对于富水性较好的地层,宜采用双层钢筋混凝土井壁结构。     

深厚冲积层冻结法凿井工程设计及其应用

针对丁集矿井深厚冲积层的特点,提出了采用三圈孔差异冻结的冻结方式,给出了深厚冲积层中采用冻结法凿井的冻结壁厚度、盐水温度、井帮温度、冻结孔圈径和开孔间距等关键因素的设计参数;通过信息化施工监测,得到了冻结壁的形成速度、温度场分布和冻结壁的变形实测数据;这些数据可为深厚冲积层冻结法凿井工程的设计提供参考依据.     

丁集矿冻结井可缩性接头位置优化

针对丁集煤矿冻结井壁可缩性接头位置 ,进行 ANSYS数值模拟计算。研究结果表明 ,在优化后的位置采用双可缩性接头可以极大地改善内层井壁的受力状况。     

深井软岩大断面硐室合理支护时机分析

针对淮南朱集煤矿千米深部主井箕斗装载硐室支护设计,引入Burger流变黏塑性模型进行数值计算分析,根据不同支护时间下围岩变形及二次衬砌受力计算结果对比,给出了硐室支护合理时间。结合衬砌结构现场监测结果反映出:以硐室顶板围岩变形特性作为支护施作的基准条件,在硐室开挖完成后及时初期支护,在围岩等速流变期施加二次衬砌能有效控制围岩变形,降低二次衬砌受力。     

上海粉砂土在人工冻结条件下的导电特性试验研究

在初始含水率和密度与原位土一致的情况下,通过电阻率试验对上海地铁四号线的粉砂土进行了在30～-30℃条件下的导电特性试验研究。结果表明:未冻水含量较高时,粉砂土的导电性在高电压情况下随着电压的升高而增强;在含水率和密度一定的情况下,粉砂土的导电性与温度密切相关,即电阻率随温度降低而增大,也就是说其导电性随温度的降低而减弱;在温度高于0℃条件下,粉砂土的电阻率随温度变化相对较小;在温度低于0℃条件下,粉砂土的电阻率随温度变化较明显;在30℃≥t≥0℃,0℃t≥-10℃及-10℃t≥-30℃三个温度段,分别拟合出温度与电阻率之间相关度较高的回归方程。上述结论可为今后长江三角洲地区类似土层采用电阻率法监测冻结壁的发育状况提供物理基础。     

冻结井可缩性井壁接头力学特性研究及其应用

针对丁集煤矿特殊的地层条件,为防止井壁在冻结壁融沉和地层疏水沉降时发生破裂,在井壁设计时采用竖向可缩性井壁结构,并提出了一种新型冻结井可缩性井壁接头形式.通过试验和数值计算表明：在竖向附加力作用下,该接头具有良好的竖向压缩变形特性、很强的抗侧压能力和可靠的防水、防漏性能,并且实验结果与数值计算结果基本一致.该研究成果已应用于丁集煤矿的三个立井井筒.     

深厚表土层变断面钻井井壁竖向稳定临界深度的有限元计算

在给出了深厚表土层钻井井壁竖向稳定性有限元基本理论的基础上，结合工程实例，计算出该钻井井壁的竖向稳定临界深度为635 m（其钻井井壁全深为645.3 m），表明该钻井井壁在下沉到底时存在竖向失稳的可能性.通过增加横向约束的方法，井壁的竖向稳定性可得到有效地改善.同时研究了井壁的质量、井壁上下端的约束条件和井壁底接触面积等因素对钻井井壁竖向稳定临界深度的影响.结果表明：井壁的质量与钻井井壁竖向稳定临界深度成反比；井壁上下端的约束条件对井壁的竖向稳定性影响较大；井壁底与岩面的接触面积越大，井壁的竖向稳定性越强.