基于加权双剪强度理论的高强井壁结构理想弹塑性解

为更方便获得高强井壁的极限承载力,基于加权双剪强度理论,考虑不同中间主应力效应,分2种情况分别求解厚壁圆筒的理想弹塑性解:①厚壁圆筒在外压p_0作用下处于全弹性状态,加上轴压P后处于弹塑性状态;②厚壁圆筒仅在外压p_0作用下处于弹塑性状态。得到了基于加权双剪强度理论的厚壁圆筒的弹塑性应力解公式、弹塑性极限承载力公式、塑性区半径表达式,并给出不同中间主应力的适用条件;对情况②中的极限承载力公式进行修正,给出了C70高强混凝土井壁极限承载力修正公式,用修正的极限承载力公式计算的高强井壁极限承载力与试验值相比,误差在±3%左右。修正的极限承载力公式将对井壁结构的优化设计具有重要指导意义。

基于正交试验的高强井壁设计分析

为了解决西部深井井筒建设中存在的问题,采用了正交试验方法进行井壁的设计,并根据相似理论建立了井壁模型,然后对建立的井壁模型进行分析。分析结果表明:影响高强钢筋混凝土井壁的因素中,提高混凝土强度等级、厚径比和壁厚能显著提高井壁的承载能力,而配筋率的提高对井壁承载能力影响很小。因此,高强井壁的设计应考虑以上因素的影响并结合实际工程选取参数。

三轴高强井壁试验加载装置优化设计及力学特性分析

为提高现有的三轴高强井壁试验加载装置承载能力,通过在其中部加肋的方式,对其进行优化设计;利用ANSYS有限元软件,进行弹塑性数值分析,得出了加载装置优化前后的极限承载力和应力分布特征。数值模拟分析表明:加肋优化后的加载装置筒壁不仅可满足承载力要求,而且应力分布更加合理。加载装置加肋高度为100mm,厚度为38mm时,既可满足安全要求,经济上也较为合理。

新型高强井壁试验加载装置力学特性分析及优化设计

为了使高强井壁试验加载装置应力分布更加合理,在其中间部位增加了1道厚度110mm、高度160mm的加强肋。采用理论分析和数值计算方法,对试验加载装置进行弹塑性理论分析。结果表明:该装置在60 MPa的设计荷载作用下,产生的弹性变形很小,承载能力满足要求;这种优化设计方法既能使试验加载装置应力分布更加均匀,承载能力得到提高,又能符合制作工艺和使用要求。

钻井法快速凿井高强井壁结构设计优化与应用

基于高强井壁结构设计参数在深厚冲积层钻井法快速凿井中的重要性,探讨了双层钢板高强混凝土复合井壁的设计优化方法.采用相似理论设计模型试验,实测得到了井壁变形和极限承载力,研究了该种井壁结构的受力机理.结果表明:混凝土在井壁结构中处于三轴受压应力状态,其抗压强度提高了2.53~2.72倍.根据模型试验结果和现行混凝土结构设计规范中关于多轴强度验算的要求,提出了该种井壁结构的设计优化方法,并应用于朱集西煤矿矸石井钻井井筒,井壁厚度减少16.7%,使得该井能够采用"一钻成井"工艺快速施工.工程实测表明井壁结构中混凝土环向应变最大值为-463.1×10^-6,远小于混凝土极限应变值,说明设计优化后的井壁结构安全可靠.

高强钢筋混凝土井壁水平极限承载特性实验

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10 MPa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18.4 MPa,破坏前混凝土的最大环向应变可达-3 400×10-6。实验结果可为井筒支护参数优选和工程监测提供参数。

复合胶凝材料井壁高强混凝土的性能与水化机理

对于冻结法施工的高强井壁大体积混凝土,内壁的中心温度可达80℃,而井筒外壁内侧的温度在10℃左右,这种温度的差异必然导致井壁混凝土开裂,导致耐久性下降。针对这些问题,研究了适于井壁高强混凝土用复合胶凝材料的水化特征及其对C70混凝土性能的影响。结果表明:复合胶凝材料的总水化热是井壁混凝土用常规胶凝材料水化热的一半;从28 d到180 d,复合胶凝材料配制的C70混凝土抗压强度持续增长14.8%,且孔隙率低,有害孔减少,混凝土具有很好的抗裂性;XRD和SEM试验表明,复合胶凝材料配制的C70混凝土水化180 d后无Ca(OH)2晶体存在,主要水化产物为致密的Ⅲ型C-S-H凝胶。

深厚冲积层高强钢筋混凝土井壁力学特性研究

通过实验和理论计算,对在均匀荷载作用下高强钢筋混凝土井壁的力学特性进行分析。实验结果表明:高强钢筋混凝土井壁具有很高的承载力,影响其承载力的主要因素依次为混凝土的强度等级、厚径比和配筋率;在均匀外荷载作用下,混凝土强度提高10MPa,井壁的极限承载力提高4MPa左右,配筋率对井壁的极限承载力影响很小;高强钢筋混凝土井壁结构破裂时,环向钢筋沿破坏面发生塑性弯曲,混凝土破坏面与最大主应力方向的夹角为25°～30°,属压剪破坏。理论分析时,采用线性软化本构模型以及符合混凝土强度特性的Mohr-Coulomb强度准则,推导出高强钢筋混凝土井壁极限承载力的理论计算公式,并且其计算结果得到实验验证。

深冻结井井壁大体积高强高性能混凝土的试验研究

为解决我国能源短缺问题,两淮地区掀起了建国以来规模最大的新井建设高潮,此次开发均为深部资源,井筒穿越的冲积层深厚,为了降低井壁厚度,提高井壁混凝土的耐久性,筑壁材料采用了高强高性能混凝土,为了确保施工中使用的高强高性能混凝土既经济合理又强度可靠,对深厚表土冻结井壁的高强高性能混凝土进行了试验研究,并成功在淮南矿业集团丁集矿井建设中应用。

高强混凝土在深表土井壁中的应用探讨

深表土井筒由于凿井难度较大,为了满足工程各项要求,应优先考虑采用高强混凝土井壁。阐述了采用高强混凝土井壁的必要性。结合实例,介绍了高强混凝土配制的具体做法。指出了高强混凝土脆性等问题通过采取必要的措施是完全可以克服的,同时指出了冻结井筒采用高强混凝土井壁不必担心混凝土受冻问题。

井壁径向极限承载及应力应变模型试验研究

为探究砼井壁径向极限承载及其应力应变关系,基于统一强度理论的井壁径向承载极限解公式,求解得到井壁径向极限承载,考虑混凝土多轴强度特性,对塑性极限解公式进行修正,给出高强砼井壁径向塑性极限承载力的修正公式,提出了砼井壁径向应力应变关系的数学模型.通过试验,理论预测值与试验的最大误差为2.85%,研究成果对井壁破坏的预测有一定指导作用.

高强钢筋混凝土预制弧板井壁力学特性分析

对高强钢筋混凝土预制弧板井壁结构的研究表明,实验结果与数值计算结果基本一致。高强钢筋混凝土预制弧板井壁结构具有很高的承载能力,影响其承载能力的主要因素依次为混凝土的强度等级、厚径比和配筋率。在均布荷载作用下,混凝土的强度等级提高10MPa ,极限承载力提高1 2 6MPa。厚径比每增加1% ,极限承载力增加0 85MPa。增大配筋率对提高其极限承载力作用不大,配筋率增大3倍,极限承载力只增加了0 1MPa。

基于三参数强度准则的高强混凝土井壁力学特性分析

为了分析高强混凝土井壁的力学特性,采用三参数强度准则推导出了高强混凝土立井井壁极限承载力理论解以及弹性区和塑性区应力与半径和荷载之间的解析表达式,并对计算结果进行了实验的验证。计算分析表明:在弹性区,高强混凝土井壁径向压应力σr随半径r的增大而增大,环向压应力σθ随半径r的增大而减少;在塑性区,径向压应力σr和环向压应力σθ均随半径r的增大而增大。当井壁内半径为4.0 m、厚度为1.0 m、混凝土强度等级为C60时,井壁极限承载力为22.87 MPa,井壁厚度每增加0.1 m,井壁极限承载力增加2.8 MPa左右。同时,混凝土井壁的环向压应力σθ达到164.38 MPa,是混凝土立方体单轴抗压强度的2.7倍左右,表明考虑了混凝土多轴强度影响的三参数强度准则更适用于高强混凝土井壁力学特性分析,为高强混凝土井壁结构的设计计算提供了的理论参考。

冻结深井井壁高强高性能混凝土配合比试验研究及其实际应用

基于某矿井建设实际问题,由于高强高性能混凝土是首次在冻结井筒中使用,为确保井壁混凝土能够达到早强和高强的目的,本试验着重研究了硅粉参量、磨细矿渣参量、粉煤灰参量、水泥用量对冻结深井井壁高强高性能混凝土早期强度、后期强度的影响。通过试验得出了各组分优化配合比。试验结果表明,配制冻结深井井壁高强高性能混凝土时硅粉参量、磨细矿渣参量、粉煤灰参量、水泥用量都有其最佳值,可显著提高混凝土的早期强度和后期强度,并将其应用到了某矿井的建设中。

立井深厚表土层施工方法与井壁结构设计研究

针对板集矿井深厚表土层的凿井技术难题,通过研究分析提出了三个井筒表土段均采用钻井法施工,并根据现行钢筋混凝土设计规范,提出了钻井井筒高强钢筋混凝土井壁和双层钢板混凝土复合井壁的设计计算新方法。

530m特厚冲积层冻结法凿井关键技术分析

围绕着表土段冻结法方案和冻结壁优化设计,新型高强冻结法井壁,法向材料及施工工艺,超深冻结孔钻进,测斜及纠偏技术,信息化施工技术的应用等几大关键技术问题做了大量卓有成效的工作,满足了工程安全施工的需要,为我国在超深厚表土层中的冻结法施工积累了成功的经验。