基于溫度場梯形分布的凍結壁力學特性研究.pdf

1、針對深厚沖擊層粘質(zhì)土層凍結法施工技術被普遍應用。凍結壁的變形量大小關系煤礦立井鑿井施工成功與否。通過對工程實際凍結壁典型部位進行簡化處理，認為凍結壁是厚度均勻的彈塑性體，其內(nèi)溫度分布呈現(xiàn)梯形分布，對這類FGM型凍結壁由理論分析得出了凍結壁的彈性、彈塑性、塑性應力場解析解，通過公式工程實例驗算分析發(fā)現(xiàn):基于D-P準則和基于M-C準則的凍結壁承載力均隨著塑性區(qū)相對半徑呈拋物線型增加，但基于D-P準則凍結壁具有更好的承載力;凍結壁的徑向應力隨

2、著相對半徑r的增大而增加，其環(huán)向應力在區(qū)間Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律。針對顧橋東進風井，在彈性極限荷載(p=3.22MPa)作用下，凍結壁環(huán)向應力在r=1.4處達到最大值6.20MPa;在塑性極限荷載(p=10.05MPa)作用下，凍結壁環(huán)向應力在r=2.2處達到最大值22.41MPa;另外，凍結壁塑性區(qū)的環(huán)向應力與外荷載大小無關，只和其所處位置有關。該凍結壁在深度350m和400m處承受的外荷載分別為p=4.55MPa和p=5.20

3、MPa，該荷載大于彈性極限荷載但遠小于塑性極限荷載。對FGM特性凍結壁運用有限元軟件進行開挖卸載狀態(tài)下的數(shù)值模擬計算。數(shù)值計算結果發(fā)現(xiàn)開挖狀態(tài)下凍結壁的水平向位移最大值出現(xiàn)在開挖段高中上部位置處，即開挖段高的1/3位置處，較吻合工程實際開挖狀況;凍結壁的豎向位移值總體比較小，主要集中在開挖段周邊區(qū)域，且開挖掘進斷出現(xiàn)明顯的底鼓現(xiàn)象，這給工程施工安全造成較大的威脅，需要采取措施加以控制。文章最后對黃淮地區(qū)的多個井筒進行現(xiàn)場實測，以研究凍脹