深厚表土层冻结井筒内层钢板高强钢筋混凝土复合井壁力学性能研究

摘要

随着新建矿井穿过的表土层厚度越来越厚，冻结井壁承受的外荷载越来越大，为了抵御强大的地压作用，必须要采用高强井壁结构。目前，深厚表土层冻结井筒内层钢板高强钢筋混凝土复合井壁的力学特性和强度特征国内、外都缺乏系统研究，在设计过程中，它的承载能力和可靠性资料较少，从而给工程应用带来了难题。本文通过理论分析、模型试验和数值计算三种研究方法对该类井壁结构的力学特性进行了系统的研究。在理论分析方面，对井壁结构的截面应变、应力和极限承载力作了分析，提出了计算井壁极限承载力的理论公式；在模型试验方面，根据相似理论，推导井壁结构相似准则，并通过试验得到了井壁结构模型的变形特性和极限承载力；在数值模拟方面，对深厚表土层冻结井筒内层钢板高强钢筋混凝土复合井壁进行了数值模拟分析，所得结果同模型试验结果比较吻合，并进一步分析了井壁结构极限承载力各主要影响因素的大小及回归出了井壁结构极限承载力的计算公式。本文的研究结果为今后该类井壁结构的应用提供了基础依据。

目录

文摘

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1引言

1.1冻结井井壁结构发展概述

1.1.1国内发展概述

1.2.2国外发展概述

1.2课题提出及研究意义

1.3国内外高强混凝土的研究与应用概况

1.3.1高强混凝土的特点[8][9]

1.3.2高强混凝土的研究和应用

1.4深厚表土层冻结井筒内层钢板高强钢筋混凝土复合井壁主要研究内容

1.5深厚表土层冻结井筒内层钢板高强钢筋混凝土复合井壁研究

1.5.1试验研究

1.5.2理论研究

1.5.3研究的路线

2理论研究

2.1传统理论计算方法

2.2深厚表土层冻结井筒内层钢板高强钢筋混凝土复合井壁弹塑性理论研究

2.2.1高强混凝土的力学性能

2.2.2混凝土强度破坏准则

2.2.3深厚表土层冻结井筒内层钢板高强钢筋混凝土复合井壁截面应力分析

2.2.4井壁结构极限承载力分析

3井壁结构模型试验

3.1高强混凝土配合比优化设计

3.2井壁模拟试验相似准则的推导[31][33]

3.3井壁模型参数的确定与制作

3.4加载设备与量测方法

3.4.1加载设备及加载方法

3.4.2试件量测内容及方法

3.5试验结果及其分析

3.5.1井壁应变测试结果及变形特征

3.5.2深厚表土层冻结井筒内层钢板高强钢筋混凝土复合井壁截面应力分布特征

3.5.3深厚表土层冻结井筒内层钢板高强钢筋混凝土复合并壁承载力分析

4 有限元分析

4.1概述

4.2 ANSYS分析软件的基本介绍[34][35]

4.3深厚表土层冻结井筒内层钢板高强钢筋混凝土复合井壁建模

4.3.1有限元模型的选取[37][38][39][40]

4.3.2单元选取及实常数的确定[40][41]

4.3.3本构关系及破坏准则[41][42][43]

4.4深厚表土层冻结井筒内层钢板高强钢筋混凝土复合井壁数值模型

4.4.1模型参数分析

4.4.2模型的建立与求解

4.4.3 求解结果分析

4.4.4 数值计算井壁结构极限承载力分析

5总结与展望

5.1总结

5.2展望

致谢

参考文献

附录