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.     

表土沉降阶段煤矿立井井壁破裂应力分析

煤矿立井井壁的破裂一直是一个未能很好解决的重大课题，主要原因是井壁设计时未充分考虑温度应力的影响，致使井壁的强度不能满足正常使用的要求。为此，分析了立井井壁温度应力的形成及其对井壁破裂的重要作用。从物理学中的热胀性原理及热传递理论入手，全面考虑了固体力学中的热弹性理论、材料力学中的静不定问题的求解方法以及土与弹性固体之间的相互作用原理，着重研究了作用于井筒外壁上的摩擦力分布规律，推出了求解温度应力的解析公式，并通过具体算例分析了立井井壁危险层面处的各应力成分。分析结果表明，危险层面上的竖向温度应力高达80％，环向温度应力高达70％，因而得出了“温度应力才是导致立井井壁破裂的最主要因素”的重要结论。所得结果不仅可用于煤矿立井井壁的设计，而且还可用于立井井壁破裂原因的分析及相应事故的鉴定。     

井壁竖直附加力变化规律模拟试验研究

利用大型竖井模拟试验台,对冲积层疏排水过程中立井井壁受到的竖直附加力的变化规律开展了模拟试验研究。试验结果表明:竖直附加力随含水层降压量的增大而线性增加,随深度增大而增大,随土层中粗颗粒含量增多而增大。分析计算表明:应采用竖向可缩新型井壁结构防止井壁因冲积层疏排水而破坏。     

围土注浆缓释和抑制井壁附加力效应及应用

阐述了预防与治理厚表土层立井井壁破裂的围土层注浆加固方法的机理,将围土层注浆“缓释”和“抑制”井壁竖直附加力的原理应用到某一矿井工程治理中并取得成功。通过埋设于井壁中的混凝土应变传感器实测数据表明,井壁已有的竖向附加应变减少了330με,这一结果说明井壁中既有的竖直附加力得到有效“缓释”;间歇期间的井壁附加应变几乎无增量,这一演变表明井壁附加力的增长得到了有效“抑制”;而地面变形与井壁受力实测趋势完全吻合。围土层注浆加固能够有效地改善井壁的受力状态,对井壁的既有应变有显著的缓释作用,对矿井疏排水造成的井壁附加应变的增长有明显的抑制作用。这一理论与技术可以在类似矿井井壁破裂防治与治理工程中推广应用。     

深厚表土底含失水变形时土与井壁相互作用弹塑性模型

针对在分析深厚表土底含失水变形过程中土与井壁相互作用时,未考虑底含范围内压缩变形量随深度的变化这一点,重新建立了土与井壁相互作用的底部为弹性、深部为塑性、浅部为弹性的理想弹塑性模型,得到了计算井壁附加竖向位移、应变和应力的公式。最后给出计算实例,说明了新模型比旧模型更加完善。     

基于Mindlin解的单桩竖向附加应力系数

基于考虑桩径影响的竖向荷载下Mindlin应力解,将单桩端阻、矩形分布侧阻、正三角形分布侧阻产生的应力表达为各分项阻力与相应附加应力系数的乘积,并将附加应力系数表示为以深径比h/d和距径比ρ/d为自变量的函数以描述其空间变化。这样使得附加应力系数物理意义直观明晰,应用简单。通过对单桩附加应力系数的三维图形和附加应力系数表的分析表明:①端阻附加应力系数由桩端平面呈现柱状分布随深度演变为锥形分布,空间衰减迅速;端阻附加应力系数基本不随长径比l/d而变;②侧阻附加应力系数由桩端平面的长桶喇叭形分布演变为漏斗形分布,空间衰减缓慢;正三角形分布侧阻与矩形分布侧阻相比,其附加应力系数上部较大,且衰减较快;③侧阻是群桩应力叠加效应的主要因素,端阻影响甚微。     

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。     

组合墙结构的刚度与强度性能研究

通过大量组合砌体墙片的静力试验,研究了竖向压应力和约束柱对组合墙刚度和强度的影响.试验结果表明,组合墙的侧弯刚度随竖向压应力的增大而增大,剪切刚度不受竖向压应力影响.竖向压应力对组合墙的承载能力有较大影响,竖向压应力增大则组合墙的抗剪强度提高.增大约束柱尺寸可以提高组合墙的抗裂强度,增大配筋率将提高组合墙的极限强度.     

非均匀竖向压应力作用下钢板剪力墙的剪切屈曲

采用有限元软件ABAQUS 6.10对非均匀压应力、剪应力共同作用时非加劲和竖向加劲钢板剪力墙进行屈曲分析,研究了非均匀竖向压应力对非加劲钢板剪力墙临界屈曲剪应力的影响,得到了竖向加劲钢板剪力墙临界屈曲剪应力随加劲肋加劲系数的变化曲线及阈值刚度。结果表明,非加劲钢板剪力墙临界屈曲剪应力随着钢板剪力墙宽高比、高厚比和非均匀压应力剪应力比的增大而减小,随着竖向压应力非均匀系数的增大而增加|加劲肋阈值刚度随着竖向压应力非均匀系数、小区格宽高比、加劲肋数目和加劲肋抗扭抗弯刚度比的增大而减小。     

地面注浆加固井筒井壁产生裂纹的原因及防治

针对兖州矿区某煤矿注浆加固治理主井井筒过程中井壁产生新微细裂纹的问题，在进行调查和分析监测资料的基础上，详细阐述了裂纹产生的原因，指出地层在注浆过程中抬斗过快、不均造成了井筒受力不均，地层抬升产生的作用于井壁的竖向附加应力是导致井壁混凝土受拉应力过大从而产生裂纹的最根本啄因，同时提出了地面注浆加固井筒工程中防止类似问题出现应采取的措施。     

石集立井围岩压力计算与量测综合分析

假设立井围岩的破裂区是分段等直截面的破裂筒体，并有下滑趋势。将这种有下滑趋势的破裂筒体外侧边界上的正应力处理成围岩作用在井壁上的压力，简称围岩压力。通过与实测围岩压力对比分析，说明了这种理论计算的近似性，提出了确定石集矿区以及地质条件与此类似的矿区立井围岩压力的方法。     

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     

复合桩基地基土中附加应力分布特征及沉降计算简化方法

利用有限单元法模拟分析了复合桩基在竖向均布荷载作用下的工作状态,经与常规桩基的计算结果分析对比,并结合有关试验结果以及经典的Boussinesq解答,得出了复合桩基地基土中附加应力的分布特征和变形规律。复合桩基桩间土存在较大的附加应力,并且沿桩身分布较为均匀,桩间土存在压缩变形,复合桩基沉降计算应同时考虑桩间土和桩端以下土体的压缩,最后提出了复合桩基沉降计算的简化方法并应用到工程实例计算中。     

长桩桩侧摩阻力分布与地基附加应力问题及对群桩沉降计算的影响

实测资料表明,工作荷载下传统 Geddes 解假设桩侧阻分布与长桩及超长桩实测侧阻分布差别较大,在工作荷载作用下长桩及超长桩桩身上部侧阻首先发挥。在对超长桩实测桩身侧阻分布的归纳总结基础上,建议了桩侧阻两段和三段线性分布模式,并通过对 Geddes 应力解的叠加,推导了两段和三段线性分布组合的侧阻分布模式下的地基附加应力解。建议侧阻分布模式与 Geddes 侧阻分布模式的对比分析表明, Geddes 侧阻分布模式得到的桩端以下桩间土的竖向附加应力明显大于建议模式的结果,导致 Geddes 侧阻分布模式得到的群桩沉降比大于建议的侧阻分布模式计算的沉降比, Geddes 侧阻分布模式夸大了群桩内部各桩的相互作用。实例计算表明,其它条件相同时,建议的侧阻分布模式计算得到的沉降与实测值更接近一些。     

施工期钻井井壁钢筋应力实测研究

介绍了温家庄铁矿副井钻井井壁施工期间钢筋应力的实测方案,分析了钻井井壁钢筋应力的变化规律,结果表明：施工期钻井井壁钢筋以受压为主,环向钢筋压应力大于竖向钢筋,钢筋应力变化阶段与施工工序相对应。漂浮下沉阶段钢筋应力呈现“双线性”特点,实测与理论计算应力相吻合;增加配重水阶段环向钢筋压应力减小而竖向钢筋压应力增加;首次注浆阶段钢筋压应力显著减小,个别钢筋出现拉应力;后 3 次注浆阶段钢筋压应力先增加后部分恢复,环向钢筋应力变化大于竖向钢筋;抽排配重水阶段环向钢筋压应力显著增加,竖向钢筋应力变化不大;二次补注浆阶段钢筋压应力先增加后恢复,但恢复幅度较前述注浆有所减小。施工完成后钢筋最大应力达到屈服应力的 41% 。     

开采引起的层间滑动与黄淮地区煤矿井筒破裂关系研究

在黄淮地区大量井筒调查资料的基础上，对该地区井筒破裂特征和井筒破裂机理存在的几种不同观点作了述评，研究了开采引起的层间滑动与井筒破裂的关系，提出了井筒破裂可行的治理方法和预防措施。