基于温度场梯形分布的冻结壁力学特性研究

发布时间：2017-10-15 02:15

  本文关键词：基于温度场梯形分布的冻结壁力学特性研究

  更多相关文章： FGM 冻结壁变形 开挖卸载 梯形温度分布

【摘要】：针对深厚冲击层粘质土层冻结法施工技术被普遍应用。冻结壁的变形量大小关系煤矿立井凿井施工成功与否。通过对工程实际冻结壁典型部位进行简化处理,认为冻结壁是厚度均匀的弹塑性体,其内温度分布呈现梯形分布,对这类FGM型冻结壁由理论分析得出了冻结壁的弹性、弹塑性、塑性应力场解析解,通过公式工程实例验算分析发现：基于D-P准则和基于M-C准则的冻结壁承载力均随着塑性区相对半径呈抛物线型增加,但基于D-P准则冻结壁具有更好的承载力；冻结壁的径向应力随着相对半径r的增大而增加,其环向应力在区间I、II、Ⅲ呈现不同的变化规律。针对顾桥东进风井,在弹性极限荷载(p=3.22MPa)作用下,冻结壁环向应力在r=1.4处达到最大值6.20MPa；在塑性极限荷载(p=10.05MPa)作用下,冻结壁环向应力在r=2.2处达到最大值22.41MPa；另外,冻结壁塑性区的环向应力与外荷载大小无关,只和其所处位置有关。该冻结壁在深度350m和400m处承受的外荷载分别为p=4.55MPa和p=5.20MPa,该荷载大于弹性极限荷载但远小于塑性极限荷载。对FGM特性冻结壁运用有限元软件进行开挖卸载状态下的数值模拟计算。数值计算结果发现开挖状态下冻结壁的水平向位移最大值出现在开挖段高中上部位置处,即开挖段高的1/3位置处,较吻合工程实际开挖状况；冻结壁的竖向位移值总体比较小,主要集中在开挖段周边区域,且开挖掘进断出现明显的底鼓现象,这给工程施工安全造成较大的威胁,需要采取措施加以控制。文章最后对黄淮地区的多个井筒进行现场实测,以研究冻胀力的发展规律,研究数据比较有现实意义。同时,理论解验算、数值分析和现场实测三个方面的结果基本保持一致,体现结果的可靠性。
【关键词】：FGM 冻结壁变形 开挖卸载 梯形温度分布
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD265.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-21
• 1.1 课题的提出12-13
• 1.2 国内外研究现状13-19
• 1.2.1 开挖卸载状态下冻结壁与周围土体共同作用的研究现状13-14
• 1.2.2 关于FGM的研究现状14-15
• 1.2.3 冻结壁变形的研究现状15-19
• 1.3 本文主要研究内容和设计思路19-20
• 1.4、研究技术路线20-21
• 2 FGM特性冻结壁力学特性理论分析21-37
• 2.1 前言21
• 2.2 等效温度场21-22
• 2.3 力学模型22-23
• 2.4 模型求解23-31
• 2.4.1 弹性应力求解23-25
• 2.4.2 弹塑性应力场求解25-29
• 2.4.3 塑性区半径r_c的求解29-31
• 2.5 工程算例31-35
• 2.6 结论35-37
• 3 FGM特性冻结壁有限变形有限元分析37-50
• 3.1 FLAC3D简介37-38
• 3.2 计算模型方案及参数选择38-41
• 3.2.1 计算参数选择38-39
• 3.2.2 计算模型39-41
• 3.3 模拟计算基本假设41
• 3.4 计算结果分析41-48
• 3.4.1 开挖卸载状态下变形位移分析42-45
• 3.4.2 开挖卸载状态下应力分析45-48
• 3.5 小结48-50
• 4 深厚冲击层冻结压力实测分析50-60
• 4.1 工程实测方案及数据50-55
• 4.2 实测结果分析55
• 4.3 土性对冻结压力的影响55-58
• 4.4 冻结压力不均匀性分析58
• 4.5 结论58-60
• 5 结论、不足与展望60-62
• 5.1 结论60-61
• 5.2 不足与展望61-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-68
• 作者简介及读研期间主要科研成果68

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