【摘要】：21世紀(jì)以來,我國西部地區(qū)新建煤礦開采深度不斷加大,且多數(shù)穿越白堊-侏羅紀(jì)深煤系地層。由于該地層多為砂巖、礫巖、砂質(zhì)泥巖,具有泥質(zhì)膠結(jié)、遇水砂化泥化、可注性差的特點(diǎn),其含水基巖段立井井筒多采用凍結(jié)法施工。鑒于我國對(duì)該地區(qū)基巖凍結(jié)缺乏深入研究,凍結(jié)井筒設(shè)計(jì)仍參考東部地區(qū)選取井壁設(shè)計(jì)外荷載,造成井壁結(jié)構(gòu)形式選取不合理,井壁厚度設(shè)計(jì)非厚即薄,安全性與經(jīng)濟(jì)性矛盾突出。因此,開展西部地區(qū)含水基巖段凍結(jié)立井外荷載形成機(jī)理研究,對(duì)科學(xué)設(shè)計(jì)該地區(qū)凍結(jié)井井壁,實(shí)現(xiàn)安全與經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一,具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。采用西部地區(qū)侏羅系直羅組含水層的中-粗砂巖巖樣,通過XRD、NMR、SEM、巖石的鑄體薄片測試與觀察,分析了其礦物成分和微觀孔隙結(jié)構(gòu);使用MTS 816型電液伺服巖石力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng),開展了單軸和三軸壓縮試驗(yàn),獲得了其力學(xué)特性,并基于三軸壓縮試驗(yàn)結(jié)果,揭示了弱膠結(jié)砂巖變形機(jī)理;深入分析了白堊-侏羅系地層水文與工程地質(zhì)特征,給出了其滲透率、彈性模量和泊松比等參數(shù)取值范圍。深入分析了含水基巖凍結(jié)壁融化前后期間,凍結(jié)井內(nèi)外層井壁受荷特征,基于共同作用原理,建立了井壁外荷載演化模型,得到了凍結(jié)立井施工過程中井壁與圍巖應(yīng)力以及井壁外荷載演化理論解,并據(jù)此計(jì)算分析了含水基巖凍結(jié)井外荷載形成過程;建立滲流-應(yīng)力耦合模型,數(shù)值模擬了凍結(jié)立井施工過程中井壁與圍巖應(yīng)力以及井壁外荷載演化過程,并得到模型試驗(yàn)的驗(yàn)證�；趶V義有效應(yīng)力原理與滲流理論,構(gòu)建了圍巖與井壁共同作用下的單層井壁外荷載分析模型,給出了井壁外荷載解析解,通過與經(jīng)典解和工程實(shí)測對(duì)比,驗(yàn)證了其正確性;結(jié)合西北地區(qū)富水圍巖特性,討論了實(shí)際工程中井壁外荷載的取值范圍。研究表明,密貼狀態(tài)下,井壁外側(cè)水壓折減系數(shù)β和圍巖與井壁滲透率比值Kr/Kc密切相關(guān),且成正比關(guān)系;Kr/Kc=10～100范圍內(nèi),在貼壁狀態(tài)下,β計(jì)算值在0.422～0.879之間,β常見值在0.5～0.9;離壁狀態(tài)下,β的極限值為1.0。貼壁狀態(tài)下,井壁外荷載折減系數(shù)ω取值范圍為0.496～0.963,ω常見值0.5～0.9;離壁狀態(tài)下,ω取值范圍為0.520～1.0,常見值0.5～1.0。在單層井壁外荷載解析與分析的基礎(chǔ)上,建立了雙層井壁外荷載解析模型,給出了貼壁式和離壁式井壁受力條件,獲得了雙層井壁外荷載的解析解,并在解析解的基礎(chǔ)上通過影響因素分析,探討了雙層井壁外荷載形成機(jī)制。分析結(jié)果表明:當(dāng)內(nèi)壁滲透率與混凝土材料的滲透率一致時(shí),內(nèi)壁水壓折減系數(shù)取值常見范圍為0.233～0.6138;當(dāng)外壁與圍巖密貼狀態(tài)時(shí),其內(nèi)壁外荷載折減系數(shù)取值范圍為0.46～0.79;雙層井壁內(nèi)壁外水壓和外荷載的常見取值均小于單層井壁。圖[70]表[18]參[170]
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TD265.34
【圖文】：

邐Ｉ逡逑圖２－１取樣地點(diǎn)照片ａ邐圖２－２取樣地點(diǎn)照片６逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｓａｍｐｌｉｎｇ邋ｌｏｃａｔｉｏｎ邋ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ邋ａ邐Ｆｉｇ．２－２邋Ｓａｍｐｌｉｎｇ邋ｌｏｃａｔｉｏｎ邋ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ邋ｂ逡逑陜西榆林巴拉素煤礦立井的建設(shè)，為本文的研究提供了契機(jī)，本文的巖樣主逡逑要以該地區(qū)的誅羅系含水砂巖為試驗(yàn)對(duì)象。其地質(zhì)年代為侏羅系直羅組（Ｊ２ｚ）和延逡逑安組第四段（Ｊ２ｙ４）。根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告，在該井筒范圍直羅組（Ｊ２ｚ）的含水層主要逡逑為該段的中、粗粒長石砂巖；延安組第四段（Ｊ２ｙ４）的含水層主要為該段的中、粗逡逑粒長石砂巖。由于延安組砂巖夾了雜較多的植物根莖化石或存在較多的交錯(cuò)層理，逡逑為了減小后續(xù)力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果的離散性，同時(shí)為保證研究的代表性，故本文主要以逡逑１５逡逑

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■Ｒ邋ａ邋ＩＷＭ逡逑Ｐ邋■■１逡逑圖２－３現(xiàn)場取回的巖塊逡逑Ｆｉｇ．２－３邋Ｒｏｃｋ邋ｒｅｃｏｖｅｒｅｄ邋ｆｒｏｍ邋ｔｈｅ邋ｍｉｎｅ逡逑ＲＰｉ邋１逡逑圖２－４巖石試樣照片逡逑Ｆｉｇ．２－４邋Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓ邋ｏｆ邋ｒｏｃｋ邋ｓａｍｐｌｅｓ逡逑２．２西部典型砂巖基礎(chǔ)物理特性逡逑巖石的微細(xì)觀結(jié)構(gòu)、礦物化學(xué)成分及成巖機(jī)制均對(duì)其強(qiáng)度與變形特性、水理逡逑特性、滲流－應(yīng)力耦合特性等物理力學(xué)性質(zhì)有著極大的影響。為了細(xì)致、客觀的認(rèn)逡逑識(shí)巖石的表觀特性及細(xì)觀結(jié)構(gòu)，同時(shí)為后續(xù)相關(guān)物理力學(xué)性質(zhì)的分析和量化提供逡逑依據(jù)，需要通過鑄體薄片試驗(yàn)、ＸＲＤ試驗(yàn)、ＳＥＭ試驗(yàn)和ＮＭＲ試驗(yàn)，深入觀察和逡逑１６逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2780675