本文關(guān)鍵詞：斜井表土段凍結(jié)井壁受力規(guī)律與設(shè)計理論研究

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【摘要】：為解決斜井表土段凍結(jié)井壁設(shè)計無可靠理論可依的問題,本文綜合采用理論分析、數(shù)值計算與模型試驗相結(jié)合的方法,研究了凍結(jié)法鑿井過程中斜井表土段凍結(jié)井壁的受力規(guī)律,并提出了井壁的設(shè)計理論與方法。首先,按照力的平衡原理將初始地應(yīng)力分解為等效水壓力和等效骨架壓力,根據(jù)水壓力、骨架壓力的不同特性并考慮開挖卸載作用,分別建立了初始水壓力場、初始骨架壓力場各自單獨作用下斜井圓形井壁—凍結(jié)壁—未凍結(jié)地層間的相互作用模型,導出了凍結(jié)壁解凍前、后井壁、凍結(jié)壁與未凍地層的應(yīng)力、位移解析解。分析得到了凍結(jié)、掘砌、解凍不同施工階段,不同水、土荷載的分、合算模式,不同參數(shù)取值等等,對斜井圓形井壁受力的影響規(guī)律。構(gòu)建了基于地層—結(jié)構(gòu)法的斜井圓形凍結(jié)井壁的設(shè)計理論與方法,給出了按混凝土多軸強度準則推得的井壁厚度計算公式,并建議在圓形井壁設(shè)計中應(yīng)采用地層—結(jié)構(gòu)法與水土分算法。其次,研究提出了一種高精度、易實施的初始地應(yīng)力場模擬方法,建立了符合實際施工過程的斜井凍結(jié)法鑿井有限元計算模型;通過數(shù)值計算,首次獲得了凍結(jié)壁解凍前后帶仰拱的直墻半圓拱形斜井井壁的受力與變形規(guī)律,并理清了各因素對井壁受力的影響。研究表明:解凍過程中,井壁受力增大;一般情況下,頂拱的拉、壓控制點分別為頂拱內(nèi)緣中心點和頂拱內(nèi)緣與邊墻的交點,仰拱的拉、壓控制點分別為仰拱內(nèi)、外緣中心點。再次,建成了能實現(xiàn)三向不均等地壓與孔隙水壓聯(lián)合加載、能模擬斜井凍結(jié)與解凍過程的斜井模擬試驗臺,利用該試驗臺分別進行了斜井井壁的靜水壓力試驗、不同荷載組合下的地壓試驗、地壓—孔隙水壓聯(lián)合加載試驗以及凍結(jié)壁解凍試驗,獲得了不同荷載下井壁的變形規(guī)律。試驗表明,靜水壓力與非均布地壓作用下井壁頂拱部位變形存在較大差異;且在邊界荷載不變的情況下,隨著孔隙水壓增大,井壁受力總體越來越不利。因此當?shù)貙涌紫堵瘦^大時應(yīng)采取水土分算的方法,從而體現(xiàn)出骨架壓力與孔隙水壓力對井壁結(jié)構(gòu)作用的差異性。最后,針對帶仰拱的直墻半圓拱形斜井凍結(jié)井壁,綜合上述研究成果,提出了能反映井壁與地層相互作用的井壁荷載計算方法,建立了基于荷載—結(jié)構(gòu)法的井壁設(shè)計理論與方法,并給出了具體的結(jié)構(gòu)計算公式。
【關(guān)鍵詞】：斜井 凍結(jié)法鑿井 表土 凍結(jié)井壁 受力規(guī)律 設(shè)計理論 理論分析 數(shù)值計算 模型試驗
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TD265.32
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• Extended Abstract8-24
• 變量注釋表24-28
• 1 緒論28-39
• 1.1 問題提出28-29
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀29-37
• 1.3 研究的目的、意義和內(nèi)容37
• 1.4 研究方法和技術(shù)路線37-39
• 2 圓形斜井井壁理論分析研究39-82
• 2.1 概述39
• 2.2 基本假設(shè)與分析模型39-41
• 2.3 無限長厚壁圓筒彈性基礎(chǔ)解41-50
• 2.4 井壁應(yīng)力分析50-62
• 2.5 分析與討論62-77
• 2.6 圓形斜井凍結(jié)井壁的設(shè)計理論與方法77-80
• 2.7 小結(jié)80-82
• 3 直墻半圓拱形斜井井壁數(shù)值計算研究82-114
• 3.1 概述82
• 3.2 斜井凍結(jié)法鑿井數(shù)值模擬關(guān)鍵技術(shù)82-86
• 3.3 斜井凍結(jié)鑿井全過程數(shù)值計算模型86-91
• 3.4 平面應(yīng)變模型數(shù)值模擬91-106
• 3.5 斜井凍結(jié)鑿井三維模擬106-112
• 3.6 小結(jié)112-114
• 4 直墻半圓拱形斜井井壁模型試驗研究114-163
• 4.1 概述114
• 4.2 試驗系統(tǒng)114-118
• 4.3 相似準則與模型井壁設(shè)計118-121
• 4.4 試驗方案121-125
• 4.5 1#試驗結(jié)果分析125-143
• 4.6 2#試驗結(jié)果分析143-160
• 4.7 小結(jié)160-163
• 5 斜井表土段凍結(jié)井壁設(shè)計理論與方法163-175
• 5.1 概述163
• 5.2 井壁結(jié)構(gòu)選型163
• 5.3 井壁設(shè)計力學模型選擇163-164
• 5.4 斜井井壁荷載164
• 5.5 斜井表土段凍結(jié)井壁設(shè)計方法164-174
• 5.6 小結(jié)174-175
• 6 結(jié)論與展望175-177
• 6.1 結(jié)論175-176
• 6.2 展望176-177
• 參考文獻177-183
• 作者簡歷183-185
• 學位論文數(shù)據(jù)集185

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本文編號：634434