夾層參數(shù)對徑向可縮井壁力學(xué)特性的影響.pdf

1、隨著煤炭開采向深部發(fā)展,井筒埋深和直徑越來越大,為進(jìn)一步減小井壁厚度提出了徑向可縮井壁,而夾層作為該型井壁的關(guān)鍵組成部分,對井壁的力學(xué)特性有著重要影響。本文通過解析分析、數(shù)值模擬和物理模擬相結(jié)合的方法,研究了夾層參數(shù)對徑向可縮井壁的力學(xué)特性的影響,為徑向可縮井壁的設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。
　　首先,根據(jù)徑向可縮井壁的設(shè)計(jì)理念,提出對夾層的要求,選取合理的夾層材料并對其力學(xué)特性進(jìn)行了研究,得到了根據(jù)夾層單軸拉伸、單軸壓縮和側(cè)限壓縮試驗(yàn)數(shù)

2、據(jù)計(jì)算超彈性夾層材料常數(shù)的方法,并進(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)值模擬對比分析。
　　其次,建立多層筒線彈性模型,并得出了徑向可縮井壁的應(yīng)力解和位移解,結(jié)合屈服準(zhǔn)則得到了徑向可縮井壁的彈性極限承載力和塑性極限承載力。在其他參數(shù)一定的情況下,井壁的彈性極限承載力隨著夾層彈模比、泊松比、夾層厚度比和井壁分界半徑比的增大表現(xiàn)出先增大后減小的規(guī)律,且存在一個(gè)最優(yōu)值使得井壁的彈性極限承載力最大。井壁分界半徑比在一定范圍內(nèi)對井壁的彈性極限承載力影響較小,這為

3、設(shè)計(jì)井壁時(shí)調(diào)整內(nèi)、外層井壁厚度創(chuàng)造了條件。而夾層彈模、夾層泊松比和井壁分界半徑比對塑性極限承載力沒有影響,夾層厚度和夾層屈服強(qiáng)度對塑性極限承載力影響很小。
　　而后,通過數(shù)值模擬研究了不同夾層本構(gòu)模型的夾層參數(shù)、井壁參數(shù)和井壁軸壓對徑向可縮井壁力學(xué)特性的影響,結(jié)果表明井壁的彈性極限承載力隨著夾層的壓縮量的增加先增大后減小至接近外層井壁的彈性極限承載力。通過將徑向可縮井壁與單層井壁進(jìn)行對比得出,徑向可縮井壁相對于單層井壁的彈性極限承

4、載力受厚徑比、井壁軸壓、井壁混凝土強(qiáng)度等的影響可提高22％以上,且井壁的厚徑比越大,其承載力提高系數(shù)越大。
　　最后,通過對夾線橡膠板夾層和微孔硅膠板夾層徑向可縮井壁進(jìn)行物理模擬試驗(yàn)研究,得出徑向可縮井壁在彈性階段和彈塑性階段的位移和應(yīng)變規(guī)律,并與數(shù)值模擬和解析分析結(jié)果對比,結(jié)果表明解析分析、數(shù)值模擬和物理模擬結(jié)果比較吻合。
　　解析分析、數(shù)值模擬和物理模擬的研究結(jié)果均表明夾層參數(shù)對徑向可縮井壁的力學(xué)特性有很大影響,井壁的彈