斜井表土段凍結(jié)井壁受力規(guī)律與設(shè)計理論研究.pdf

1、本研究綜合采用理論分析、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(dǎo)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

2、、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

3、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