深厚表土层立井井壁处于复杂的工作环境之中,周围环境因素的不断变化不可避免地影响到立井井壁力学状态。其中温度和地下水是影响在役深厚表土层立井井壁力学状态最主要的环境因素,二者产生的井壁竖向附加应力是造成井壁破裂的主要原因。因此,研究温度和地下水变化对立井井壁力学状态的影响,分析在不同温度和地下水条件下立井井壁力学状态演化规律,对于预测预报井壁稳定性、深入认识井壁破裂机理、防止井壁破裂以及完善井壁结构设计理论均有十分重要的意义。因此本文主要开展如下几个方面的研究工作:(1)在深入分析深厚表土层井壁上温度作用、自重应力、水平侧压力和疏水竖向附加力等外荷载基础上,基于热力学和弹性力学理论建立了同时考虑这些荷载和作用的井壁应力计算模型,并推导了考虑温度应力和疏水竖向附加力作用的井壁弹性力学解;利用井壁结构设计理论对深厚表土层破裂井壁反演分析得到了不同矿区井壁疏水竖向附加力的范围,通过对井壁上作用的各种荷载在井壁内产生竖向应力分量计算和分析,结果表明疏水竖向附加力是导致井壁破裂的最主要因素,温度作用是造成井壁破裂的次要因素;在考虑温度应力情况下反演分析得到了济宁三号煤矿立井井壁疏水竖向附加力,根据济宁二号煤矿和济宁三号煤矿井壁结构和地层的相近性对济宁二号煤矿立井井壁进行了安全性预测,结合地下水位监测结果判定济宁二号煤矿立井井壁目前处于安全状态。(2)通过分析温度和底部含水层疏水对井壁与土层相互剪切作用的影响,分别建立了温度作用和底部含水层疏水作用下井壁竖向附加应力弹塑性计算模型,并推导了井壁竖向附加应力的计算公式;通过实例分析表明立井井壁内由温度产生的竖向附加应力随井壁埋深增大而逐渐增大,其最大值出现在深厚表土层与下部基岩交界面附近,该计算结果考虑了井壁与土层间相互剪切位移,与工程实际更加符合。深厚表土层立井井壁由底部含水层疏水而引发疏水竖向附加应力计算结果表明该附加应力随着底部含水层顶部压缩量和水头降的增大而增大,在弹塑性分界点处达到最大值,而后逐渐减小,在表土层与基岩交界处减小到零。(3)提出了基于井壁实测附加应变的井壁疏水竖向附加力的温度-力耦合优化反演分析方法,并以济宁三号煤矿副井实测应变数据为依据进行了温度-力耦合模拟反分析,得到了济宁三号煤矿副井井壁疏水竖向附加力变化规律:井壁疏水竖向附加力随时间和井壁埋深逐渐增大,并且随着时间的推移,增加速率越来越大;根据温度-力耦合优化反分析获得的井壁竖向附加力月均增加量,采用Coulomb-Navier准则对济三副井破裂时间进行了预测分析,预测结果与数值模拟结果和相关文献吻合较好,说明本方法具有较高可靠性,对指导井壁稳定性分析、信息化施工和井壁破裂治理具有重要实用价值。(4)在深入分析深厚表土层井壁应力应变实测数据的基础上,初步探讨了温度对井壁应力不同作用,即根据井壁与土体间剪切强度高低,温度对井壁应力的作用表现为温度升高应力积累、温度降低应力缓释和温度升高应力缓释、温度降低应力积累两种作用,并通过数值模拟验证了该模式的正确性,加深了深厚表土层井壁破裂机理的认识,完善了井壁破裂理论。在井壁与土层间不同剪切强度情况下,采用FLAC3D软件模拟了底部含水层不同水头降和温度条件下井壁与土体相互作用,得到了井壁竖向附加力和井壁竖向应力变化规律。立井井壁与周围土层剪切强度较低时,在相同水头降情况下,立井井壁竖向附加力随着井壁温度的升高而降低,井壁内竖向应力随着温度增高而减小,随着井壁温度降低而增大。在井壁与土层间剪切强度较高时,在相同水头降情况下,井壁竖向附加力随着井壁温度升高而增大,井壁内竖向应力随着温度增高而增大,随着井壁温度降低而减小。