弱膠結(jié)地層立井井壁變形研究.pdf

1、弱膠結(jié)地層通常含有深厚松散沉積層，松散沉積物質(zhì)間連接強(qiáng)度很弱，地層呈現(xiàn)弱膠結(jié)特性。深部弱膠結(jié)地層還具有明顯的分層性，且各分層強(qiáng)度差別較大，導(dǎo)致分層交界面處形成強(qiáng)弱差異面;而底部含水層易發(fā)生滲流壓縮，致使弱膠結(jié)地層立井井筒破壞事故頻發(fā)。本文針對(duì)弱膠結(jié)地層立井井壁的變形破壞問(wèn)題，依托國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目——“弱膠結(jié)軟巖本構(gòu)關(guān)系及其工程災(zāi)害孕育與演化”，以潘謝礦區(qū)典型弱膠結(jié)地層立井井筒為研究對(duì)象。在已有研究成果的基礎(chǔ)上，采用理論分析、數(shù)值模擬

2、與工程實(shí)踐相結(jié)合的研究方法，研究弱膠結(jié)地層立井井壁力學(xué)特性和變形破壞特征;提出基于智能變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的井筒狀態(tài)評(píng)價(jià)模型，為類似地層條件的立井井筒的破壞防治和井壁結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供一定的理論依據(jù)。本文的主要研究工作如下:
　　(1)弱膠結(jié)地層典型工程地質(zhì)特征及井壁荷載分析。論文首先以潘謝礦區(qū)為工程背景研究弱膠結(jié)地層的典型工程特性;進(jìn)而搜集分析弱膠結(jié)地層立井井筒破壞工程事故實(shí)例，掌握立井井筒非采動(dòng)變形破壞的一般特征和破壞條件，并分析影響井筒穩(wěn)

3、定性的荷載。
　　(2)弱膠結(jié)地層立井井壁與周?chē)馏w相互作用分析。考慮弱膠結(jié)地層土體的流變特性和底部含水層水頭下降的時(shí)間因素，采用流變力學(xué)理論，建立立井井壁與周?chē)馏w相互作用粘彈塑性解析模型，研究井壁與土體相互作用的粘彈區(qū)和粘塑區(qū)的應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)。
　　(3)鋼筋混凝土井壁損傷斷裂研究?？紤]混凝土材料的不均勻性，結(jié)合應(yīng)變軟化模型，推出了鋼筋混凝土井壁損傷極限承載力公式，并以謝橋煤礦副井井筒為實(shí)例，計(jì)算其井壁極限承載力;進(jìn)一步

4、地，采用Kachanov蠕變損傷理論研究鋼筋混凝土井壁的損傷斷裂過(guò)程，得到了井壁斷裂孕育時(shí)間表達(dá)式和斷裂擴(kuò)展階段參數(shù)。分析結(jié)果表明，立井井壁的破裂需要相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間，其損傷斷裂并不是瞬間完成的。
　　(4)立井井壁變形破壞數(shù)值模擬研究。在理論分析的基礎(chǔ)上，以謝橋煤礦副井井筒為研究對(duì)象，采用有限元數(shù)值模擬軟件，對(duì)立井井壁與周?chē)馏w的相互作用以及鋼筋混凝土井壁的損傷斷裂進(jìn)行模擬分析，并驗(yàn)證理論模型的準(zhǔn)確性。模擬結(jié)果表明，在弱膠結(jié)地層