开切双卸压槽井壁与表土共同作用的力学特性

利用ANSYS分析软件对开切双卸压槽井壁与表土共同作用的受力机理进行了分析。通过计算可知，开切单卸压槽后内层井壁竖向应力衰减率为38．6％左右，开切双卸压槽后内层井壁竖向应力衰减率为59．5％左右。由此可见，开切双卸压槽极大地改善了内层井壁的受力状况。内层井壁开切双卸压槽后，当地表再次下沉且下沉量小于卸压槽的允许压缩量时，井筒内、外壁和地层变形协调，内层井壁上的竖向应力以及外壁上的竖向摩擦力均没有急剧变化。     

井壁环形卸压槽的作用机理分析

在黄淮地区破裂井壁治理技术中,开切环形卸压槽是最关键的技术之一.本文分析探讨了开卸压槽前后及卸压槽充填后的井壁受力特性和卸压槽作用机理,得到了在均布正、负摩擦力作用条件下井壁的卸压高度和最大竖向应力作用位置,为卸压槽的设计提供了理论依据.     

竖井井壁漂浮下沉过程的力学行为

对竖井井壁在漂浮下沉过程中的受力与变形进行了研究.根据钻井法施工工艺,分析了井壁在漂浮下沉过程中的外载,给出了注入配重水的控制方程,并利用叠加法,首次得到漂浮下沉过程中井壁任意一点的应力-应变解析表达式.计算结果表明,竖井井壁的环向应变和竖向应变有明显的"双折线"现象,与实测结果一致,证明本文计算理论的合理性,为井壁结构设计提供理论参考依据.     

特厚冲积层冻结井壁受力机理与设计优化

为解决特厚冲积层冻结井筒的支护难题,对井壁受力机理和设计优化方法进行了探讨.井壁实际受力状态分析表明:特厚冲积层冻结井筒,外层井壁的内缘混凝土处于"拉-压"二向应力状态,其中环向处于压应力状态,竖向则处于拉应力状态;而内层井壁的内缘钢筋混凝土处于"压-压"二向应力状态,其中环向压应力是由静水压力或层间压力引起的,竖向压应力则是由自重应力等引起.根据现行混凝土结构设计规范,提出了特厚冲积层冻结井壁设计优化方法.工程实例应用结果表明:采用这一设计优化方法不但可以减薄井壁总厚13%,而且它与现行国家混凝土结构设计规范相衔接,各项参数取值有法可依,优化后的井壁工作状况正常.     

综放大跨度三心微拱形开切眼围岩破坏机理与控制技术

针对松软厚煤层综放大跨度开切眼围岩控制难题,以魏家地煤矿2303工作面开切眼为工程背景,采用数值模拟与现场实践相结合的方法,提出了三心微拱形开切眼断面形状,探讨了三心微拱形开切眼围岩应力分布特征及破坏机理,并与矩形切眼对比分析。结果表明:三心微拱形开切眼的肩角和顶板受力均匀,能够将顶板垂直应力传递到两帮,肩部所受压应力明显减小,未出现较大应力集中现象;肩角附近围岩主要受到压剪破坏,破坏区域集中,呈"蝶形"分布;顶板围岩受到拉剪破坏,破坏区域面积减小,围岩相对稳定;且弧形顶板、肩角有利于锚杆安装。基于三心微拱形开切眼围岩破坏特征,提出了锚杆-锚索-锚网联合支护的围岩控制技术,顶板下沉量减少50%,两帮移近量减少55%;在2303工作面进行工业性试验,现场实测顶板下沉量为170 mm,两帮相对移近量为220 mm,围岩控制效果良好。     

竖井井壁竖向附加力的理论计算方法

从弹性力学的空间轴对称问题出发,从理论上推导建立了竖井竖向附加力的应力表达式.分析该应力表达式可知,在竖向附加力作用下,井壁所受的径向、环向压应力值均为零,竖向附加力对井壁的作用主要体现为轴向压应力,且轴向应力在沿井壁厚度方向几乎无变化,因而可以将作用在井壁外侧的竖向附加力等效为作用在井壁横截面上的均布力.利用该应力表达式对某铁矿竖井井壁竖向附加力进行了计算,得到了井壁应力状况.     

非均匀水平应力场中井壁结构的优化设计研究

为了寻求非均匀水平应力场中井壁的合理结构,克服传统等厚井壁在非均匀水平应力场中因应力分布不均而造成井筒结构局部挤压过度而发生破坏,本文用内壁为圆、外壁为椭圆的井壁结构代替原来的等厚井壁,利用有限元数值计算软件,对井壁结构的受力和变形进行数值模拟分析,运用有限元软件的优化设计模块,对特定条件下非均匀水平应力场中井壁的断面形状进行了优化设计研究.研究结果表明:非均匀水平应力场中,等厚度的圆形井筒内壁应力分布并非均匀,不利于井筒稳定性的保持;采用外壁为椭圆形,内壁为圆形的井壁结构,可实现井壁中应力分布状态基本均匀的效果;在外壁从圆形向椭圆形过渡中存在一个最优点,偏离最优点两端越远应力分布越不均匀,这个最优点就是井壁应力分布状态最均匀的状态点,此时井壁的变形、应力分布比较合理,对井筒的稳定性非常有利.     

冻结井壁横截面上的弯矩计算

(一) 目前冻结井壁问题的焦点是井壁为什么会产生裂缝。只有原因找对,才谈得上采取正确的措施去解决。据一些资料介绍,井壁裂缝的特点是,环向的多,竖向很少,外壁多,内壁少。这个特点就告诉我们,要注意外层井壁横截面上的内力,裂缝总是所在位置上应力超过材料强度的结果。现在通用的井壁计算方法,只能考虑竖向截面上的应力分布,无法解释裂缝出现的原因,在大量环向裂缝出现的面前,完全无能为力。这说明,需要有一种能正确计算井壁横截面上内力的方法。     

超大类矩形断面复合顶管施工力学性能研究

依托上海轨道交通14号线静安寺站工程，介绍了超大类矩形断面钢-混凝土复合顶管的结构构造、加工制作与施工监测方案，重点分析应力监测数据并结合数模结果揭示了管节在顶进及后续施工中的受力性能，以此来研究大埋深软土地层中新型超大断面顶管的施工力学特性．结果表明：对于顶管中的任一管节，钢板与纵向肋板的应力在该管节顶进初期与全钢管顶推完成时出现较大波动，而中间段基本稳定在某一数值，且钢板轴向受力相比环向受力对管节纠偏更敏感；同一顶管不同管节在施工过程中的应力和位移分布一致：应力分布较为均匀，峰值应力位于顶推面拐角附近；变形趋势为竖向内凹、横向小幅外凸，峰值形变位于竖向跨中；管节峰值应力随顶管推进逐步增大，但均未超过弹性极限，峰值形变保持稳定；钢板的环向应力由水土压力控制，应力分布为上部受拉、左右受压，轴向应力由顶推力控制，其中竖直方向上的轴向应力也受管节竖向偏转和外壁环向荷载的影响；纵向肋板的轴向应力在水平方向上由顶推力控制，在竖直方向上由外壁环向荷载控制；后续施工过程中，顶管受力相对稳定．影响范围方面：注浆加固对钢板和纵向肋板的受力均有较大影响；管节环向焊接主要对钢板的环向与轴向受力有较大影响；...     

深立井基岩段井壁地压应力研究

揭示深立井及超深立井基岩段井壁地压应力的理论分析方法,为基岩段立井井壁的优化设计奠定基础。首先将立井基岩段井筒及围岩均按照轴对称受力状况建立力学模型,依据井筒开挖前后围岩受力状态的分析,通过围岩内表面与井筒外壁环向或径向应变相等原理,然后依据轴对称原理、弹性理论、静不定问题的求解方法等理论,求解出基岩段井壁地压应力的分布规律。所举算例得到的结果较为充分地反应了井壁中地压应力在井壁结构设计中的作用。其结果对深立井井壁结构的优化设计具有极为重要的指导作用。     

冻结管腐蚀对井壁附加力影响的数值分析

以实际矿井为研究背景,采用大型商业软件FLAC3D模拟了冻结管腐蚀对井壁附加力的影响,模拟结果显示,冻结管腐蚀所引起的附加力在底部含水层下部达到最大,在一定时间段内,该值随时间呈近似线性增加的关系.通过该值与底部含水层疏排水引起的竖直附加力的对比分析,冻结管腐蚀给井壁所带来的附加力不能忽视,底部含水层长期疏排水和冻结管腐蚀对井壁破裂均产生影响.     

深厚覆盖层中竖井井壁负摩阻力分析

结合某深厚覆盖层土层超深竖井工程,利用有限元分析软件,对竖井井壁在含水层疏水沉降作用下的负摩阻力进行模拟研究.通过研究得出了以下结论:底部含水层疏水沉降引起的竖井井壁负摩阻力沿整个井土接触面分布,并呈现出"两头小,中间大"的分布规律;负摩阻力峰值一般不在含水层内产生,而是在竖直方向上离疏水面最近的土层内产生;负摩阻力值的大小受降水深度的影响要比受水平距离的影响大;负摩阻力的大小随着降水时间的增加而增加.     

钢纤维高强混凝土井壁极限承载力数值计算

我国新建井筒所穿越的表土层越来越厚,急需提高井壁结构的强度,越来越多的井壁采用钢纤维高强混凝土。将影响该种井壁水平极限承载力的主要因素进行无量纲化,通过数值计算试验,发现了井壁水平极限承载力与影响因素之间的规律,归纳得到了计算公式。     

斜井冻结凿井数值模拟方法

 为提高ANSYS 软件对斜井冻结凿井模拟的准确度, 提出一种双模型法与改进重叠单元法相结合的数值模拟方法。以某矿主斜井表土冻结段施工为背景, 考虑冻土为弹塑性介质, 建立斜井冻结掘砌平面模型, 采用本方法对掘砌模型进行模拟分析, 并与传统方法进行比较。结果显示, 采用双模型法模拟掘砌模型的初始应力-位移环境, 得到的应力场、位移场与围岩未扰动状态下的理论值吻合;改进重叠单元法模拟井帮完全卸载后支护井壁的掘砌过程, 得到不同模型顶面埋深下井壁内外缘的环向应力均小于10^-6 MPa, 井壁位移均小于10^-7 m, 与理论值接近, 且本方法的模拟结果均优于传统方法, 表明本方法具有较好的可行性和较高的模拟精度。     

静钻根植桩抗压抗拔承载性能试验研究

通过一组静钻根植桩的现场抗压抗拔静载试验,研究了抗压和抗拔状态下静钻根植桩的承载性能.对两根试桩的荷载位移曲线进行了比较分析,并采用有效应力法对试桩的极限侧摩阻力进行计算.试验结果表明:受桩周土体应力状态和桩身泊松效应影响,静钻根植抗拔桩的极限侧摩阻力小于抗压桩的极限侧摩阻力;抗拔桩侧摩阻力完全发挥时的桩顶位置值大于抗压桩侧摩阻力完全发挥时的桩顶位置值;采用有效应力法计算土层的极限侧摩阻力时,需要考虑土层的极限深度(或极限竖向有效应力),当土层深度超过极限值时,采用有效应力法计算土层的极限侧摩阻力需采用极限深度时对应的竖向有效应力值.     

厚表土层中滑动可缩井壁结构设计

研究了厚表土层中有竖直附加存在捍的新型井壁结构形式,阐述了滑动可缩井壁结构各部分的受力特点和计算模型,提出了新的井壁设计方法,为工程设计和应用提供了可靠的依据。     

高强钢筋混凝土井壁水平极限承载特性实验

摘要：针对西部地区某煤矿冻结井筒的支护问题,根据相似理论,采用模型实验方法研究了高强混凝土井壁的水平极限承载特性。实验结果表明：井壁结构在水平荷载达到10MPa后,钢筋应力进入屈服应力阶段,表现出明显的塑性流动;井壁破坏荷载达18．4MPa,破坏前混凝土的最大环向应变可达-3400×10^-6。实验结果可为井筒支护参数优选和工程监测提供参数。     

海上钻井井壁稳定性研究及应用——以A-1井为例

井壁的稳定性问题是一项急需解决的世界级难题,井壁失稳在世界范围内的各个油田中普遍存在。A-1井是一口位于东海某区块的直井,根据相邻已钻井复杂情况统计可知,该区块遇阻、掉块、卡钻等问题频发。将理论分析与数值模拟相结合,通过收集大量的地质、地震、钻井和测井资料,选择合适的理论模型,预测计算了A-1井的地应力、孔隙压力、破裂压力、坍塌压力等,绘制出了地层七压力剖面图,进而得到该井的安全钻井液密度窗口。经与实测点比对,孔隙压力和破裂压力的预测误差均小于5%。本文基于弹塑性力学理论,分析了井壁围岩的应力状态,并利用ABAQUS软件对井壁稳定性进行了数值模拟,分析了钻井液密度对井筒稳定性的影响,发现在低钻井液密度条件下,井周应变不均匀性明显,最小主应力方向上的井周应变远大于最大主应力方向上的井周应变;而在高钻井液密度下,井周应变较为均匀,没有明显的差异性。研究成果为了解目标区块井壁稳定机理提供了有力工具。