基于安全系数的深厚表土层双层钢筋混凝土井壁破坏机理及安全评价

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深厚表土层立井井壁处于复杂环境之中,周围环境因素的不断变化不可避免地影响到井壁力学状态。温度和地下水是影响立井井壁破裂的最主要因素,二者产生的井壁竖向附加力的是造成井壁破裂的主要原因。因此,研究温度和地下水变化对立井井壁力学状态的影响,分析在不同的温度和地下水条件下立井井壁的力学状态演化规律,对于深入认识井壁破裂的机理、防止井壁破裂、完善井壁结构设计理论均有十分重要的意义。论文以监测数据和ABAQUS数值模拟软件为基础,主要取得以下研究成果:(1)通过研究双层钢筋混凝土井壁在破坏荷载作用下,井壁内外两侧混凝土的应变、应力、塑性区和井壁内外两侧钢筋网的应力、塑性区,得到双层钢筋混凝土井壁破坏机理:内侧混凝土、内压筋、外侧混凝土、外压筋、内箍筋、外箍筋依次进入屈服,井壁完全破坏。(2)以内侧钢筋网竖向受压筋屈服为双层钢筋混凝土井壁破坏标志,得到双层钢筋混凝土井壁濒临破坏时的安全系数为1.1,此时沿井壁均匀分布的竖向附加力为95KPa。(3)以济宁三号煤矿主井的监测数据为基础,研究双层钢筋混凝土井壁的安全系数随疏水附加力、温度应力的变化规律,通过比较疏水附加力和温度应力对安全系数的影响,得出疏水附加力在双层钢筋网井壁破坏中占主要因素,温度应力是不可忽略因素。(4)井壁内侧温度为35℃(内外温差为20℃),疏水附加力为65KPa,各测点的模拟竖向附加应变与监测竖向附加应变基本相符,此时井壁的安全系数为1.2,济宁三号煤矿主井处于安全状态。(5)提高双层钢筋混凝土井壁中混凝土的强度,在降低内压筋的应力同时提高井壁的安全系数,从而增加双层钢筋混凝土井壁的安全储备。
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