局部均匀压力作用下斜井井壁的受力与变形规律研究

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斜井已成为我国西部矿区矿井建设的重要开拓方式。在软弱、富水岩层中,斜井井壁结构易遭受水压或注浆压力等局部荷载的作用,进而威胁其安全。为此,本文采用数值计算、模型试验方法,开展了局部均匀压力作用下的斜井井壁受力与变形规律的研究。首先,基于典型参数模型,将井壁划分为19个局部均匀压力作用区域,开展了典型参数模型论证及单因素循环数值计算,结果表明:井壁和围岩接触面的允许拉应力影响井壁力学响应参数的叠加,而其摩擦系数仅在一定范围内影响井壁力学响应参数的叠加;井壁力学响应参数与混凝土弹性模量成线性关系,与边墙高度、仰拱半径、井壁厚度呈非线性关系。通过井壁典型断面模型的数值分析,研究表明:井壁力学响应参数与荷载呈线性关系。在井壁与围岩间允许拉应力为零、摩擦系数小于等于0.25的条件下,依次对井壁十九个区域分别作用单位荷载,得到了井壁特征点的力学响应参数数据表,并开展了力学响应参数的叠加分析,结果表明:同样宽度的单位荷载作用下,仰拱受力最不利,其中仰拱中部即区域十九的内表面将出现最大环向应力,其次是直墙与顶拱部位。其次,基于典型参数模型,开展了斜井井壁的极限承载力研究。单因素循环试验研究表明:井壁极限承载力与混凝土强度、井壁厚度近乎呈线性关系,与边墙高度、仰拱半径呈非线性关系。基于一定影响因素水平开展了全组合试验,得到了井壁极限承载力与混凝土强度、边墙高度、仰拱半径、井壁厚度关系的数据表,进而对局部荷载分别作用在井壁右直墙、顶拱、仰拱全断面时的井壁极限承载力开展了对比分析,研究表明:荷载作用在井壁仰拱全断面时,井壁最易遭受破坏。最后,开展了局部均匀压力作用下斜井井壁力学特性的相似模型试验研究,结果表明:荷载作用区域,井壁内表面主要处于受拉状态,外表面处于受压状态。以荷载作用在区域十九(仰拱外表面中间部位)为例,当荷载P小于2.95MPa时,井壁处于弹性状态;当荷载达到5.26MPa时,特征点YZ1、YZ2的环向应变分别达到143.02??、-1115.75??,此时,井壁失去承载能力。
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