深厚表土层地区混凝土井壁变形监测及灰色模型预测

基于深厚表土层地区混凝土井壁破裂变形预测及井壁破裂预防性信息化施工的需要,介绍混凝土井壁变形自动监测的原理、方法及监测特点,基于实测监测信息,建立某井壁混凝土变形预测非等间隔灰色预测模型,实测与预测结果表明该模型可用于混凝土井壁变形超前预测.     

深冻结井筒内层钢板高强钢筋混凝土复合井壁试验研究

针对600～800 m特厚表土层中冻结井筒的支护难题,根据约束混凝土原理,提出合理的解决途径是采用内层钢板高强钢筋混凝土复合冻结井壁结构.通过模型试验,对该种井壁结构的应力、变形和强度特性进行深入研究,结果表明:由于内层钢板筒的约束作用,井壁结构中混凝土处于三轴受压应力状态下,其变形能力和抗压强度都得到较大程度的提高,井壁破坏时,内缘混凝土的环向应变可达-4 000 με,表现出较好的延性特性,改善了高强混凝土的脆性缺陷.如将目前现场使用的现浇高强钢筋混凝土冻结井壁改为内层钢板高强钢筋混凝土复合结构形式,则井壁承载能力可大大提高,可合理地解决特厚表土层中冻结井筒的支护难题.影响该种井壁极限承载力大小的因素依次为混凝土抗压强度、厚径比、内层钢板厚度和配筋率,其中提高混凝土强度对井壁承载力影响非常显著,如将混凝土强度提高10 MPa,则井壁承载力将提高约13.8%.而增大配筋率对井壁承载力影响甚微,所以,在实际工程应用中,为经济合理设计井壁,只需配置单外排钢筋.最后,根据理论分析和试验结果推导出该种井壁承载力的计算公式,从而为该种井壁结构的工程应用提供设计依据.     

基于光纤光栅技术的井壁监测预警系统研究

由于煤矿立井的特殊性及重要性,因此为保证煤矿生产的安全,必须对煤矿立井进行长期的受力及变形监测,以此来了解立井在煤矿生产过程中受力变化状况,从而及时地了解煤矿立井的损伤情况,进而对安全隐患采取有效措施。结合东荣二矿副井井壁治理工程,提出一种采用光纤光栅传感技术监测立井井筒受力及变形的方法,文章详细介绍了整个光纤监测系统的研发过程及预警阀值的确定依据,开发了基于光纤光栅监测的井筒安全状态评价方法和预警系统,并采用现场试验与理论分析相结合的方法给出待测参数的预警阀值。研究结果表明:(1)立井井壁光纤光栅监测预警系统的实施对于确保整个煤矿的安全运营具有非常重要的现实意义;(2)煤矿立井井壁的监测重点在于监测井壁混凝土结构的内部应力、应变的变化情况,从而掌握整个立井井壁的安全状况,对于已经产生破坏并加以治理的立井井壁而言,继续监测其内力变化也是必不可少的。     

新型装配式钢箱混凝土组合沉井结构整体受力性能试验研究

提出一种新型的装配式钢箱混凝土组合沉井结构。为研究该沉井结构在水土压力作用下的整体受力性能，依托于大洋泊车地下车库工程，设计了1个足尺试件，对其进行水平加载试验研究，分析当沉井结构下沉至设计标高且未封底板时，在水平荷载作用下的变形和应力分布特点，进而对沉井结构的承载能力和安全性进行评估。试验结果表明：沉井结构在1.1倍水平设计荷载作用下，井壁的最大变形约为井壁长度的1/1 000,各点应力均小于材料屈服强度，沉井具有较大的刚度和较高的承载力；沉井内的撑杆和围檩可有效改善井壁的应力分布，增强沉井结构的整体受力性能；沉井满足安全和使用要求，是一种较为合理的结构形式。     

特厚表土层双层钢板 高强高性能混凝土钻井井壁试验研究

 针对500～700 m特厚表土中钻井井筒的支护难题，认为合理的解决途径是采用双层钢板高强高性能混凝土复合井壁结构。首先，给出钻井井壁C60～C75高强高性能混凝土的优化配合比；然后，根据相似理论，进行双层钢板高强高性能混凝土复合井壁结构的模型设计。通过模型试验，对这种井壁结构的应力、变形特性和强度特征进行研究，研究结果表明：由于内、外钢板筒的约束作用，井壁结构中的混凝土完全处于三轴受压应力状态下，其抗压强度得到较大程度的提高，且井壁破坏时混凝土的极限压应变达到－4 600 me，表现出较好的延性特性，得到了该种井壁结构承载力的试验值，从而为该种高强井壁结构的工程应用提供了设计依据。目前，该研究成果已应用于3个特厚表土层的钻井井筒工程实践中。     

立井井壁的计算理论

概述了作者采用空间模型,就复合井壁在任意轴对称的法向、切向荷载作用下的变形问题的一系列研究成果,这些变形问题的解析算式为立井井壁的设计以及井壁破裂原因的分析提供了理论依据.     

钢筋混凝土单层井壁破裂的数值模拟研究

建立了钢筋混凝土单层井壁结构破裂的弹塑性理论,利用大型通用结构分析软件ANSYS进行了井壁结构的弹塑性数值模拟计算,得到在水平地压、井壁重力以及随时间不断增长的竖直附加力的共同作用下井壁结构内部应力、应变的动态变化过程,探讨了深厚表土中钢筋混凝土单层井壁结构破裂的力学机理以及裂缝出现的位置和扩展过程,为井壁破裂的治理和预防提供了理论依据.     

钢筋混凝土单层壁破裂的数值模拟研究

建立了钢筋混凝土单层井壁结构破裂的弹塑性理论,利用大型通用结构分析软件ANSYS进行了井壁结构的弹塑性数值模拟计算,得到在水平地压、井壁重力以及随时间不断增长的竖直附加力的共同作用下井壁结构 内部应力、应变的动态变化过程,探讨了深厚表土中钢筋混凝土单层井壁结构破裂的力学机理以及裂缝出现的位置和扩展过程,为井壁破裂的治理和预防提供了理论依据。     

巨厚冲积层钢筋钢纤维高强混凝土井壁试验研究

针对550～700m巨厚冲积层中煤矿立井井筒的支护难题,提出采用钢筋钢纤维高强混凝土的井壁结构。通过模型试验,对这种井壁结构的力学特性和破坏特征进行了深入研究。结果表明:在相同条件下,采用钢筋钢纤维高强混凝土可显著地提高井壁的承载力,并可改善普通高强钢筋混凝土井壁延性差的缺陷,具有良好的塑性特征,且提高了井壁结构的工程可靠性。最后,根据理论分析和试验结果推导出了钢筋钢纤维高强混凝土井壁承载力的计算公式,从而为该种新型井壁结构的工程应用提供了设计依据。     

秦楼铁矿主井井筒渗漏处理技术

安徽秦楼铁矿主井井筒由于纵向附加力的作用导致井壁被压缩变形,呈环形破坏,较大的承压水从裂缝处渗漏,给井筒结构和井下施工安全带来隐患。采用快速固化的堵水环氧灌浆材料,对渗漏部位进行化学灌浆加固堵水处理,结果表明,矿井井筒应用该材料可取得良好的堵水效果。     

地层沉降条件下可缩性钻井井壁受力机理的试验研究

针对地层沉降条件下煤矿立井井壁的破坏机理,提出了一种新型可缩性钻井井壁结构。通过模拟试验表明:在地层沉降条件下,这种井壁结构能随之压缩,从而可使作用在井壁上的竖向附加力(即负摩擦力)得到相应衰减,使井壁达到安全使用。由此提出了可缩性钻井井壁竖向承载力的设计方法。研究成果已在淮北矿区的4个井筒中得到了成功应用。     

盾构近距离侧穿群桩信息化施工探讨

北京市南水北调团城湖至第九水厂输水工程盾构近距离侧穿肖家河桥,为保证周边环境体和桥梁结构安全,通过使用岩土工程数值模拟软件得出盾构掘进影响桩体变形规律。盾构施工中采用科学的多元安全监测施工手段和响应联动措施,实时收集变形信息,不断优化盾构施工参数,指导盾构安全、顺利穿越了桥区,为以后类似工程提供了参考。     

双层钢板混凝土井壁力学特性分析及优化设计

将ANSYS数值模拟软件作为分析工具,以优化设计为理论指导。建立双层钢板混凝土井壁结构数学模型,将内、外钢板厚度、混凝土井壁厚度作为设计变量,材料使用的总花费作为目标函数,将混凝土和钢板的应力作为约束条件。得到双层钢板混凝土井壁结构优化设计结果,为今后高效、节约、科学、合理的设计表土层深厚立井井筒井壁结构提供指导。     

金属矿充填开采岩体移动对竖井围岩的变形破坏

采用数值模拟和地质力学分析的方法,对甘肃金川二矿区地下开采条件下, ^# 14 行风井变形破坏问题进行了研究,研究结果表明： ^# 14 行风井位于地下开采引起的岩体移动盆地的拉张区,受岩体移动变形影响剧烈,地下开采已经成为了影响竖井安全稳定的主要因素;无论是富矿开采还是贫矿富矿联合开采,竖井井壁的位移和应力分布规律大体相同,其大小与分布特征受断层影响突出,断层所在的部位仍然是竖井井壁的脆弱部位;地下开采引起的 ^# 14 行风井的破坏是以穿过井筒的断层出现活化为触发因素,以井壁发生错动、破裂、冒落为主要形式的断层效应的集中体现,这也将成为现阶段生产条件下竖井可能再次发生变形、破坏的模式。     

新型单层冻结井壁水平极限承载特性试验研究

针对采用双层复合井壁的井筒掘进断面有效利用率大幅降低的情况,提出一种新型单层冻结井壁结构,为获得该种井壁结构的水平承载特性,采用相似模拟试验方法,研究3个井壁的水平极限承载特性和变形破坏特征,研究结果表明,井壁竖向、环向应变值、竖向位移与竖压一致性较好,不会出现机械滞后的问题;井壁所受竖压可视为均匀竖压;泊松比与混凝土强度无关,弹性模量与混凝土强度相关;竖向极大正位移与加载围压之前的最大竖向荷载呈正比关系;竖向极大位移与水平极值位移/水平极限荷载基本呈正比关系;在忽略竖压影响的情况下,径向位移与水平应力基本上呈正比关系;井壁破坏时内侧压应变远大于井壁外侧,内侧总压应变一般为-2000～-2500με,有时达到并超过-3000με;新型单层井壁极限承载力高于普通混凝土井壁。研究结果对完善新型单层井壁设计理论以及指导新型单层井壁快速、科学施工等均具有重要意义。     

立井井壁沥青板滑动层配合比及性能实验研究

马头门底板下段立井井壁位于以泥岩为主的软弱岩层。泥岩易风化且遇水膨胀,当井筒掘砌后,其过程中的岩体膨胀变形压力巨大。于是对该段软弱岩层,提出采用新型井壁结构,其中沥青板滑动层是一种重要复合材料,为确保其力学特性满足设计要求,进行了其配合比及性能试验研究。     

激光扫描隧洞变形与岩体结构面测试技术及应用

提出了基于三维激光扫描技术的隧洞变形与岩体结构面非接触原位一体化测试技术,建立了基于三维激光扫描信息的岩体结构面定量表征方法。以中国锦屏地下实验室二期工程中的深埋隧洞群为例,应用了本研究的测试技术,介绍了相关测试结果,主要包括隧洞变形和结构面测试的三维激光扫描方法,优势结构面的统计与变形综合分析,并以#5实验室的典型岩爆案例分析了三维激光扫描获得的灾变机制,评价了隧洞锚喷支护设计方法,进一步讨论了三维激光扫描的隧洞变形与岩体结构面测试技术存在的缺陷和改进方法。为隧洞岩体变形、结构面分析和安全监测评价提供了重要支撑。     

水位下降诱发深厚表土井壁的附加应力研究

我国华东地区深厚表土层中的立井井壁破裂现象比较普遍.研究表明:开采影响和人为疏水诱发的竖向附加应力是导致井壁破裂的关键原因.因此,合理确定地下水位降低诱发附加应力的大小对于分析预测和评价井壁的安全状态有重要意义.文章以某深厚表土层井壁为例,采用FLAC3D数值模拟软件分析模拟了水位下降过程中的井壁附加力的变化规律,得出水位下降引起的附加应力是井壁破裂的主要原因;得到了水位下降与井壁附加力的定量关系以及水位下降与剪应变增量的关系,并运用第四强度理论对于井壁产生塑性变形的局部点进行了强度校核,从而为井壁破坏机理和加固防治提供了科学的依据.     

新型钢板混凝土井壁力学性能研究

为能更全面评价钢板混凝土井壁的受力性能,在模型试验的基础上,采用ANSYS有限元软件对其受力性能进行模拟分析。讨论了构件的承载力、变形和应力分布,证明了钢板混凝土井壁是一种承载力高,造价较低,规格多样,可适合各种地质条件的新型井壁。     

深部土层失水变形时土与井壁相互作用试验与理论研究

介绍了用高压直剪仪和三轴伺服仪测定大埋深土与井壁相互作用试验方法 ,得到了土与井壁相互作用剪应力 -位移曲线、单位刚度系数和强度等参数。结合试验结果 ,分析了深部土层失水变形时 ,土与井壁接触带相互作用深部为塑性浅部为弹性的变形特点。建立了土与井壁相互作用理想弹塑性分析模型 ,得到了计算井壁附加竖直位移、应变和附加应力的解析公式 ,并讨论了其随深度和深部土层压缩量等因素变化的规律。最后给出计算实例 ,说明了理论研究的实用性