[工学]井筒冻结壁径向位移规律计算研究.pdfVIP

★科技创新 ★ 井筒冻结壁径向位移规律计算研究 1 1 2 2 2 张开顺 　李炳胜 　杨维好 　王衍森 　宋 　雷 ( 1 新汶矿业集团公司 , 山东省新泰市 , 27 1233 ; 2 中国矿业大学 , 江苏省徐州市 , 22 1008) 　　摘 　要 　采用大型有限元程序对巨野煤田龙固矿井冻结井筒合理的冻结壁厚度值进行了 计算研究 , 获得了冻结壁的径向弹塑性及蠕变位移规律 , 研究表明了冻结壁厚度取 12m , 平 均温度取 - 20 ℃, 可保证冻结壁的安全 。 关键词 　冻结法凿井 　冻结壁 　数值计算 　位移 　　巨野煤 田龙固矿井设计能力 6Mt/ a , 采用两 主 、一副 、一风 4 个立井井筒开拓 , 副井井筒净直 径 70m , 掘进半径 57m , 采用冻结法凿井 , 冻结 表土段厚 5677m 。在表土段下部有层厚大 、膨胀 性强 、冻土强度低的第三系粘土层 。该井筒是我国 施工难度最大的冻结井筒工程 , 为了解冻结壁的变 形规律 , 指导冻结壁的设计 , 新汶矿业集团和中国 矿业大学合作开展了冻结位移规律计算研究 。 1 　计算模型 1 1 　几何模型 按轴对称模型进行计算分析 。模型在高度方向 可分为 3 个部分 , 其中上部 20m 模拟已开挖支护 段 ; 底部 20m 模拟底部土层 ; 中间为 10 个段高 ( ) 图 1 　有限元模型示意图 实际网格更密 (共 20m) 的待开挖土层 , 开挖半径为 57m , 支护 表 1 　冻结粘土基本力学参数取值表 厚度为 22m 。有限元模型如图 1 所示 。 12 　材料性质及参数 温度 弹性模量 泊松比 单轴抗压强度 / ℃ / M Pa / M Pa 模型中主要包括未冻土 、冻土 、支护材料 。 - 30 556 026 9 井筒掘砌时仅施工外层井壁 , 因此支护材料指 - 20 370 028 75 外层井壁的材质 。根据井壁设计情况 , 外层井壁为 - 15 276 033 59 - 10 183 038 37 钢筋混凝土结构 , 按 C70 混凝土取其力学参数值 。 - 3 50 039 2 未冻土 、冻土均视为弹塑性材料 , 采用分段线 3 20 040 05 性本构关系模拟其非线性变形特性 。土 、冻土的变 13 　荷载及约束 形模量 、蠕变系数 、屈服强度均根据副井井筒检查 水平地压按 σ = 00 13 H 计算 , 作用于计算模 H 孔冻土试验资料取值 。蠕变方程及参数均根据冻土