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)。本文針對弱膠結(jié)地層立井井壁的變形破壞問題，依托國家自然科學(xué)基金項目——“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)測系統(tǒng)的井筒狀態(tài)評價模型，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例，掌握立井井筒非采動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)地層立井井壁與周圍土體相互作用分析?？紤]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間因素，采用流變力學(xué)理論，建立立井井壁與周圍土體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)力場和位移場。
　　(3)鋼筋混凝土井壁損傷斷裂研究。考慮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例，計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程，得到了井壁斷裂孕育時間表達(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)長的一段時間，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象，采用有限元數(shù)值模擬軟件，對立井井壁與周圍土體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，并驗證理論模型的準(zhǔn)確性。模擬結(jié)果表明，在弱膠結(jié)地層