不均匀侧压力对井筒受力的影响分析

立井井筒所受的水平侧压力沿井筒周边分布的不均匀性导致井筒井壁可能出现拉应力,这对混凝土井壁来说是很不利的,因而有必要求解分析井筒的受力状况。论文通过对井筒的弹性分析,判断不均匀受压下井壁的受压受拉状态,推导了井壁刚好不出现拉应力时井壁厚度的计算公式。     

磁西副立井超千米单层井壁受力变形实测与分析

分析了我国矿山井筒井壁实测的现状和发展。采用振弦式混凝土应变计和钢筋计、有线远程传输、可存储数字采集仪,实施了井壁受力变形传感器埋设和监测,测试深度达到了垂深1 208 m。根据实测数据,对井壁混凝土应变分别进行了内缘与外缘、竖向与环向的对比,钢筋受力应变和混凝土应变之间的对比分析,并通过包神公式进行理论值和实测值的对比分析。对比研究说明了实测结果的正确性、合理性。结果表明,短掘短期单层井壁的内缘环向应力大于竖向和径向应力,符合包神井壁设计公式推导的理论基础,井壁实测期间全过程中出现最大观测值的时间是混凝土井壁砌筑后5~6个月,最大环向应变约为-1 093×10-6,总体平均内缘环向应变为-682×10-6。井壁混凝土环向应变的不均匀系数为2.15,钢筋受力的不均匀系数为1.36。实测结果表明,C60等级,900 mm厚的钢筋混凝土井壁是安全的,可为千米竖井井壁设计提供参考。     

井壁结构设计环向配筋计算方法探讨

本文提出了执行新的国家标准《混凝土结构设计规范GBJ1 0 - 89》(简称规范 ) ,井壁结构环向配筋按偏心受压构件计算的方法。同时还提出井壁在不均匀侧压力作用下亦可按偏心受压构件计算     

井壁结构设计环向配筋计算方法探讨

本文提出了执行新的国家标准《混凝土结构设计规范GBJ10－89》（简称规范）,井壁结构环向配筋按偏心受压构件计算的方法,同时还提出井壁在不均匀侧压力作用下亦可按偏心受压构件计算。     

厚砂土层斜井井壁应力分布规律三维光弹性模型试验

以穿越厚砂土层的某煤矿主斜井为工程背景,设计了物理模型试验,建立了斜井井壁三维光弹性应力冻结试验方法。实现了考虑斜向倾角作用下穿越厚砂土层斜井井壁应力状态的三维试验模拟,并结合应力冻结后模型横、纵向切片光弹测试得到的全场最大剪应力等值线图对井壁应力随埋深、环向角度变化规律进行了分析。研究结果表明,井壁横向切片内应力水平和应力分布不均匀性均远大于纵向切片,最大剪应力的应力集中区域出现在井壁两帮内缘水平面±25°范围内,斜井井壁顶部最大剪应力大于底部;随斜井井壁埋深增加,纵向应力近似线性增加,但不同环向角度对应的应力增加速度差异较大,从而导致不同埋深位置,井壁内部应力的量值和分布规律均有差异。     

冻结井筒内壁少筋混凝土结构理论分析

通过理论分析和计算表明,冻结井筒内层井壁在均匀水压力作用下,其承载能力主要取决于混凝土强度等级和厚径比,配置钢筋对提高井壁的承载能力作用甚微;而在不均匀压力作用下,通常设计厚度的内层井壁中也不会出现拉应力。因此,冻结井筒内层井壁采用单内排少筋混凝土结构形式,不但节约了大量的钢材,而且还可以减少施工难度、加快施工速度、增加混凝土的密实性,提高井壁的实际承载能力和防水性能。     

深部冻结井筒内壁早期温度-应力场演化特征研究

为了研究深部热-力耦合条件下冻结井筒内壁早期温度应力问题,基于固体热传导原理与轴对称热应力理论,提出了考虑如内热源、外部冷源、塑料板摩擦约束、上覆井壁荷载和地层侧压力等多种边界条件的深井内壁大体积混凝土热-力耦合方法。获得了深部冻结井筒内壁早期温度-应力场演化特征,确定了易出现早期温度裂缝的高风险区,提出了混凝土早期温度裂缝防治措施优化方向。结果表明:(1)应用热-力耦合数值模拟方法求解出内壁大体积混凝土温度、应变最大值与现场实测结果较一致;(2)由于内壁水化放热导致内壁浇筑后中心位置的温度远高于内、外缘附近区域,极易导致温度裂缝的出现;(3)内壁浇筑初期,内壁各个位置应变为正,呈内缘至中部大于外缘的规律;浇筑后期,内壁外缘至中心区域出现收缩变形,应变最大为-6×10~(-5);(4)内壁浇筑初期,内壁内部储存了一定的压应力,分布规律为内壁中部压应力大于内、外缘。随着内壁温度的不断下降,内壁外缘拉应力达到2.2 MPa,极易在此区域内出现井壁早期温度裂缝。     

深厚表土层冻结外层井壁受力状况的监测及分析

针对许疃煤矿中央风井深厚表土冻结凿井的技术难题,通过对冻结井壁受力状况的实时监测,获取了冻结压力、外层井壁钢筋应力和混凝土应变等数据.监测结果表明,冻结压力与深度并不一定成正比,其大小受土层层厚影响较大,且呈现出不均匀性;竖向钢筋主要承受温度拉应力,环向钢筋主要承受冻结压力引起的压应力;混凝土应变和钢筋应力的变化趋势基本保持一致.     

不均匀侧压下冻结井壁结构的有限元分析

本文编制了不均匀侧压下混凝土井壁结构分析的非线性有限元程序，并用它对井壁结构模型进行了计算分析。结果表明，在不均匀侧压下现行设计的冻结井壁中不会出现拉应力和具有很高的承载能力，其计算值与试验图较好地吻合，从而为冻结井筒采用混凝土井壁支护提供了设计依据。     

冻结立井井壁早期温度应力计算研究

介绍了冻结井筒井壁温度应力研究现状,分析了井壁早期温度应力的产生机理;基于热弹性理论,建立了矿山冻结立井井壁早期温度应力计算模型,推导了井壁早期温度应力和应变计算公式;通过算例分析,环向和竖向温度应力以及环向温度应变与温度变化分布相关,环向温度拉应力最大达到27.62 MPa,最大环向温度拉应变为196με,说明井壁设计不能忽略温度应力的影响。     

约束混凝土结构在井筒支护中的研究与应用

约束混凝土井壁由于采用材料强度和弹性模量都高于钢筋混凝土的网板作为其内层结构,内外层产生良好的复合作用,使外层钢筋混凝土筒体在受力时,内表面产生径向约束压应力,从而提高井壁的整体承载能力,避免井壁因径向拉应变超过材料极限而发生破坏。模型试验和工程应用都证明了约束混凝土结构是一种理想一抗地层竖向附加力的井壁结构型式。     

深厚表土层冻结井筒高强钢筋混凝土内壁设计优化与实测分析

针对深厚表土层冻结井筒内壁设计厚度较大问题,对高强钢筋混凝土内壁的受力机理、设计优化方法、现场实测结果进行了分析研究。首先,采用相似理论设计出模型井壁并进行加载试验,实测得到高强钢筋混凝土内壁的应力、变形和承载力,研究了该种井壁结构的受力机理,结果表明深厚表土层冻结井筒内壁属于深埋于地下的厚壁圆筒结构物,由于内表面的圆形结构特征,在侧向压力作用下,井壁结构中混凝土由外缘的三向受压过渡到内缘的二向受压应力状态,其混凝土抗压强度提高了1.592～1.765倍,井壁承载能力得到显著提高。建立了混凝土抗压强度提高系数试验值的计算公式,获得了高强钢筋混凝土内壁的应力特性和强度特征。然后,基于我国现行混凝土结构设计规范关于混凝土多轴强度验算要求,根据模型试验结果和内壁受力机理,提出了深厚表土层高强钢筋混凝土内壁设计优化方法,给出了混凝土抗压强度提高系数设计取值。并将设计优化方法应用于潘三煤矿新西风井冻结段内壁控制层位,井壁厚度由原设计的1 150 mm优化为900 mm,厚度减薄达21.74%。最后,通过潘三煤矿新西风井工程现场实测表明,优化设计后的井壁结构中环向钢筋应力值为-125.8～-136.9 MPa、竖向钢筋应力值为-39.5～-53.2 MPa,远小于钢筋强度设计值300 MPa,井壁中混凝土环向应变为-730×10~(-6)～-790×10~(-6)、竖向应变为-380×10~(-6)～-390×10~(-6),远小于C70混凝土的极限压应变值,说明设计优化后的井壁结构不但经济合理,而且安全可靠。     

凿井期冻结井外壁的力学模型及水平极限承载力研究

冻结井外壁浇筑后,受力状态逐渐由平面应力向广义平面应力转变,并承受急剧增长的冻结压力作用,因而确保早期水平承载力是外壁设计的关键.针对冻结井外壁的受力特点,分别基于两种混凝土强度准则,推导出了平面应力、广义平面应力、平面应变状态下外壁水平极限承载力的计算公式.研究表明:外壁水平极限承载力取决于井壁断面特征系数、混凝土应力状态、混凝土的单轴抗压强度;与平面应力状态相比,平面应变状态下外壁水平极限承载力显著提高.为确保冻结凿井工程的安全,外壁应尽量按平面应力模型或广义平面应力(如能确定值)模型而非平面应变模型开展设计,否则水平极限承载力将被显著高估.     

冻结壁融化期间井壁受力变形分析与壁间注浆机理

针对深厚冲积层冻结井筒早期壁间注浆封水效果不好的难题,通过实测数据分析和理论计算对深厚冲积层冻结井筒的冻结壁融化特性、井壁受力变形和壁间注浆机理进行了研究。通过对现场测温孔实测数据分析,得到了不同土层的融冻时间比;通过理论计算表明,在冻结壁完全融化后,外壁的外表面承受着水土压力、内表面作用有壁间水压,在此情况下,外壁内表面径向变形比单独冻结压力作用下的外壁变形要小的多,总体表现为向外反弹;而内壁在壁间水压作用下向内位移,由于内、外壁变形位移方向相反,壁间空隙形成,从而为注浆浆液扩散提供了通道。提出壁间注浆的最佳时机应在冻结壁完全融化、在压力水作用下壁间间隙已经形成、内壁还没有出水前。并给出了具体的壁间水压监测系统,实行了壁间注浆信息化。     

深厚含水基岩区立井外壁冻结压力的实测与分析

为明确我国西部深厚含水基岩区立井外壁的载荷,在鄂尔多斯市呼吉尔特矿区开展了基岩冻结压力的现场实测研究。结果表明：凿井期基岩冻结压力的变化规律可分为急剧增长、缓慢增长、快速增长、逐步减小4个阶段;基岩冻结压力主要受原岩富水条件、强度等因素的影响,与岩层埋深H关系不大;基岩冻结压力在混凝土浇注后的10~15 d即达到冻结压力最大值P max的76.4%~89.8%,建议采用7 d混凝土强度指标来保证外壁早期质量;基岩冻结压力在混凝土浇注后的80~100 d增长至最大值P max,P max实测值仅为1.08~1.74 MPa,远小于按岩层埋深H换算的静水压力值P 0,更远小于特厚冲积表土中的冻结压力上限值P ω。     

管板组合式井壁可缩装置的竖向临界荷载

通过数值分析和模型试验研究一种新型井壁可缩装置--管板组合式井壁可缩装置竖向临界荷载的影响因素和计算方法。数值分析结果表明,该装置竖向临界荷载的主要影响因素为内外立板厚度和装置宽度,且临界荷载与内外立板厚度呈线性关系,与装置宽度呈反比;得到了该装置竖向临界荷载的计算方法。模型试验结果表明该方法计算结果与试验结果相对误差在15%以内。     

基于流固耦合理论的煤矿立井井壁突水机理分析

将煤矿立井混凝土井壁视为多孔介质，考虑地下水渗流作用的影响，应用统一强度理论和弹塑性损伤力学模型，推导出立井混凝土井壁弹性区和塑性损伤区应力的解析表达式，以及井壁承受的地下水压与塑性损伤区半径之间关系的解析表达式。同时绘制了不同的φ（混凝土孔隙率）和λ/E（混凝土损伤后的降模量与弹性模量之比）值与井壁承受水压p0和塑性损伤区半径c之间的关系曲线。研究结果表明：在井壁几何尺寸和混凝土强度等级不变情况下，不考虑地下水渗流对井壁的影响时（φ=0），井壁能够承受的临界水压p0c为31.9 MPa；当φ取0.4时，p0c为15.1 MPa，井壁能够承受的临界水压下降了52.7%。当λ/E取0.5时，p0c为30.5 MPa；当λ/E取2.5时，p0c为18.6 MPa，井壁能够承受的临界水压下降了39.0%。由此可见，在考虑地下水渗流对井壁影响的情况下，地下水渗流效应和混凝土损伤软化对井壁能够承受的临界水压p0c影响十分显著，井壁能够承受的临界水压随着混凝土孔隙率φ和混凝土损伤后的降模量与弹性模量之比λ/E的增加而减小。     

深厚冲积层钢筋混凝土外层井壁结构模糊随机有限元可靠性及灵敏度分析

基于模糊随机有限元的基本原理及方法,对结构失效函数和材料本构关系作等效模糊化处理,设定输入输出模糊随机变量,建立钢筋混凝土外层井壁结构的模糊随机有限元分析模型。利用ANSYS数值计算外层井壁结构的模糊随机有限元可靠性,结果表明:由于综合考虑到各变量参数的不确定性,获得的模糊随机有限元可靠性相比常规的有限元可靠性总体偏低,其结果更能反映实际工况。此外,模糊随机有限元可靠性以区间值表征不同井段的可靠程度,较常规可靠性的定值表现方法更具工程针对性。模糊随机有限元灵敏度分析发现:影响外层井壁结构可靠性的重要因素依次是井壁冻结压力、混凝土抗压强度和厚径比。通过ANSYS灵敏度散点图可指明主要输入变量的变动对输出变量的影响程度以及变量需改动的大致区间范围。