本文關(guān)鍵詞： 斜井 井壁底板 接茬 型鋼 力學(xué)特性 極限承載力 數(shù)值計(jì)算 物理模擬　出處：《中國(guó)礦業(yè)大學(xué)》2016年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：斜井凍結(jié)法鑿井已成為我國(guó)西部礦區(qū)富水巖層中礦井建設(shè)的主要方式。凍結(jié)法施工的斜井井筒,井壁底板往往屬于受力最不利的環(huán)節(jié),受凍結(jié)壁解凍后的高水壓作用,底板易發(fā)生隆起至壓裂破壞,影響井壁的使用。單純?cè)黾拥装寤炷梁穸取⒃龃笈浣盥室埠茈y有效地解決該問(wèn)題。鑒于此,本論文提出斜井井壁可采用型鋼混凝土底板結(jié)構(gòu),并綜合采用數(shù)值計(jì)算、模型試驗(yàn)手段,對(duì)該型井壁底板的力學(xué)特性開(kāi)展研究。首先,基于典型參數(shù),對(duì)斜井井壁在兩種不同的接茬施工工藝下的力學(xué)特性進(jìn)行數(shù)值計(jì)算研究,以掌握井壁縱向接茬縫的位置對(duì)斜井井壁力學(xué)特性的影響。以井壁接茬部位粘結(jié)和滑移錯(cuò)動(dòng)的界限摩擦系數(shù)大小為判斷標(biāo)準(zhǔn),對(duì)計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析,得出井壁的水平接茬縫較豎直接茬縫對(duì)結(jié)構(gòu)更有利的結(jié)論,在此基礎(chǔ)上提出合理的井壁接茬澆筑工藝,并提出型鋼混凝土底板結(jié)構(gòu)及型鋼的具體布置形式。其次,基于斜井井壁的三維彈性有限元模型,開(kāi)展了型鋼混凝土底板力學(xué)特性的數(shù)值分析。在均布水壓作用下,分別計(jì)算了井壁結(jié)構(gòu)在型鋼和混凝土不同粘結(jié)狀態(tài)(完全粘結(jié)、完全分離、典型粘聚力)、不同的幾何參數(shù)、物理力學(xué)參數(shù)條件下的彈性力學(xué)特性。結(jié)果表明:在水壓2MPa時(shí),井壁底板施加型鋼與未施加型鋼對(duì)比,底板中心位移減少9.5%左右,內(nèi)側(cè)拉應(yīng)力減小8.8%,外側(cè)壓應(yīng)力減小12.4%,型鋼作用效果較明顯;井壁的底板半徑、型鋼的厚度、型鋼的高度、型鋼的縱向間距等因素對(duì)井壁結(jié)構(gòu)的彈性力學(xué)特性影響較大;型鋼和混凝土完全分離與完全粘結(jié)相比,各因素的變化對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力及應(yīng)變的影響規(guī)律相似,兩者計(jì)算結(jié)果最大相差不超過(guò)3%;選擇型鋼與混凝土典型粘結(jié)力進(jìn)行計(jì)算,井壁底板的環(huán)向應(yīng)力及徑向位移始終在完全粘結(jié)與完全分離時(shí)之間;隨著型鋼與混凝土粘結(jié)力的增加,井壁結(jié)構(gòu)越有利,因此,在工程中應(yīng)采取加強(qiáng)型鋼與混凝土粘結(jié)力的措施。然后,基于斜井井壁的三維彈塑性有限元模型,在均布水壓作用下,分別計(jì)算井壁結(jié)構(gòu)在型鋼和混凝土不同粘結(jié)狀態(tài)(完全粘結(jié)、完全分離、典型粘聚力)、不同的幾何參數(shù)、物理力學(xué)參數(shù)情況時(shí)的極限承載力。結(jié)果表明:增加型鋼有利于提高井壁結(jié)構(gòu)的極限承載力,在增加型鋼的情況下井壁結(jié)構(gòu)的極限承載力與未加型鋼(正常配筋)時(shí)的結(jié)構(gòu)相比,極限承載力提高28.9%;井壁的底板曲率、型鋼的厚度、型鋼的高度、型鋼的縱向間距等因素對(duì)井壁結(jié)構(gòu)的極限承載力影響較大;型鋼和混凝土完全分離與完全粘結(jié)相比,各因素的變化對(duì)結(jié)構(gòu)極限承載力的影響規(guī)律相似,兩者計(jì)算結(jié)果最大相差不超過(guò)3.5%;型鋼與混凝土典型粘結(jié)力時(shí)井壁的極限承載力在型鋼與混凝土完全粘結(jié)與完全分離時(shí)之間,且粘結(jié)力增加,井壁結(jié)構(gòu)越有利。最后,開(kāi)展了斜井井壁型鋼混凝土底板力學(xué)特性的物理模型試驗(yàn)研究。結(jié)果表明:斜井井壁型鋼混凝土底板在全水壓作用下,試驗(yàn)中井壁內(nèi)外側(cè)的變形及應(yīng)力變化均與數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果具有一致的變化規(guī)律,但井壁的極限承載力大于數(shù)值模擬時(shí)的情況,分析原因可能是井壁模板變形造成澆筑的井壁厚度增大及井壁兩側(cè)鋼頭的約束作用,另外,井壁的非平面應(yīng)變狀態(tài)也會(huì)提高井壁的極限承載力。
[Abstract]:In this paper , a numerical analysis of the mechanical properties of steel concrete bottom plate is carried out based on three - dimensional elastic finite element model of inclined shaft wall . The results show that the structure of bottom plate is reduced by 9.5 % , the internal tensile stress is reduced by 8 . 8 % , the stress in the bottom plate is reduced by 8 . 8 % , the axial displacement of the steel section is always between full bonding and complete separation . The ultimate bearing capacity of the well wall structure is increased by 28 . 9 % . The ultimate bearing capacity of the well wall is more than 3.5 % . The results show that the ultimate bearing capacity of the well wall is not more than 3.5 % when compared with the structure of unstiffened steel . The results show that the ultimate bearing capacity of the well wall is not more than 3.5 % when the steel and concrete are fully separated .

【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TD265.3

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本文編號(hào)：1528014