孔隙含水基岩中斜井冻结井壁受力模拟试验系统研制与试验

发布时间：2020-02-19 05:40

【摘要】：在我国矿井建设向西部富水地层转移,井壁与孔隙水以及围岩之间的相互作用在井壁设计中起主导作用的背景下,仍利用表土段冻结法凿井井壁设计的研究成果来指导孔隙含水岩层中斜井井壁的设计显得越来越不合理。开展孔隙含水岩层中井壁与围岩和孔隙水相互作用试验装置的设计,为孔隙含水岩层中井壁的设计提供仪器支持和试验指导,具有重要的理论价值和工程应用价值。本文详细地阐述了孔隙含水岩层中井壁与围岩以及孔隙水相互作用试验装置的设计过程。首先,通过数值模拟手段,对整个物理模型方案进行了设计。分析了不同因素对围岩中应力场和温度场的影响,对井壁受力状态进行分析,确定了合理的传感器布置方式,提出了系统的冻结方案、保温措施、围岩体的饱和方案、数据采集方案和加载方案。其次,利用设计的试验装置和方案,进行了斜井井壁在冻结和解冻以及正常使用阶段的状态分析,对试验台的实际工作性能进行了考察,证实了其能够用于富水岩层中井壁与围岩和孔隙水的相互作用规律研究。在有围岩的模型井壁纯孔隙水压和纯地压分别加载中,压力盒的压力和井壁内缘应变随着压力呈线性变化。在孔隙水压和围岩共同作用,Y=1.0MPa,X=Z=0.6MPa以及X=Z=0.8MPa时,应变的规律明显,随着孔隙水压的增大呈现阶梯状变化,当X=Z=0.4MPa时,应变呈现先增大再减小然后再增大的波动。冻结阶段,土压力盒的压力因受到冻胀力的作用,呈现不断增大的趋势。冻结阶段,受到温度应力、围岩压力、孔隙水压力和冻胀力的共同作用,应变计为受压状态,且随着冻结时间的延长,应变值逐渐变大。解冻阶段,当完全解冻的瞬间,应变计的值达到了峰值。结论认为孔隙含水岩层中井壁与围岩和孔隙水的相互作用模拟试验装置,实现了孔隙含水岩层中井壁正常使用阶段地压和水压联合加载测试,以及冻结壁冻结和解冻阶段井壁受力变形规律和围岩应力场温度场变化规律的测试,为孔隙含水岩层地区井壁的设计提供仪器支持和试验指导。
【图文】：

用自然解冻和强制解冻两种方式研究斜井井壁，在冻结停止后，冻结壁温度很快就会上升到过程中冻结壁自然解冻时间估算公式：0iHt (1-1)壁厚度开始减薄至全部融解的时间(d)，0t 为停般取 90-100d，粘性土层一般取 100-120 天。速度(mm/d)，一般为 1.5-3.5(mm/d)。，然而对于自然解冻期间冻结壁承受的水压，全，没有外部地下水补给，作用在井壁上的水所以假设此时孔隙水压力为 0。图 1-1 衬砌的水压作用图Figure 1-1 Hydraulic action on lining

规律的研究现状力规律情况建设完全依靠经验，直到十九世纪初才逐渐形成自的设计与施工[27]。目前我国隧道结构理论在山岭公长足的进步。围岩压力计算过程方法与适用性进行了讨论，比较场实测和数值模拟对计算方法、影响因素以及隧道探讨。文[28]对铁路隧道结构设计理论与方法存在的计算中所采用的模型，对衬砌结构和隧道洞门结构进的归纳总结与研究，利用围岩特征曲线法进行计算究，，实现了对铁路隧道信息科学、有效、合理的管算平台”也已经实现了隧道领域计算程序的开发。图 1-2 冻结基岩段解冻过程中典型水压随时变化曲线ypical water pressure change with time during thawing proces
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD262.12

【引证文献】

中国重要会议论文全文数据库 前3条

1 王建涛;张建平;黄侨;;超深冻结立井井壁结构设计[A];全国煤矿千米深井开采技术[C];2013年

2 杨维好;;十年来中国冻结法凿井技术的发展与展望[A];中国煤炭学会成立五十周年高层学术论坛论文集[C];2012年

3 陈咏梅;;砂岩的物理力学特性及相关关系的研究[A];第二届全国青年岩石力学与工程学术研讨会论文集[C];1993年

本文编号：2580928