论文摘要
随着煤炭资源的不断开发,煤矿新建井筒穿过的表土冲积层越来越厚。如即将开发建设的山东巨野煤田万福矿井、安徽淮北涡西煤田、国投新集杨村矿井和口孜西矿井等穿过的表土冲积层将厚达600-800m。当采用冻结法凿井时,在外围冻结壁解冻后,井壁混凝土将产生涌漏水现象,给矿井安全生产带来隐患。为此,论文进行了温度-应力-水力耦合作用下深冻结井壁涌漏水机理分析研究。首先,基于不稳定温度场的计算原理,分析了混凝土温度应力的影响因素,根据有限元法基本原理,提出了具有内热源的混凝土结构温度场和温度应力的数学表达式。分析了混凝土温度的变化过程及温度应力的影响因素,给出了热力耦合作用的有限元方程。研究混凝土水力劈裂的机理,给出水力劈裂判据,分析冻结壁解冻后高压水作用下深冻结井壁涌漏水原因,提出了主要影响因素。根据相似理论原理,采用方程分析法,得出井壁模型试验相似准则,进行了模型设计,对水荷载直接作用下的钢筋混凝土井壁结构进行了模型试验,并与增加防水层的钢筋混凝土井壁试验结果进行对比,结果表明,在高压水荷载直接作用下,井壁中混凝土损伤加剧,承载力明显降低。采用ANSYS软件分析了井壁浇筑期间温度及其应力的变化规律,并进行热力耦合作用下井壁开裂机理研究。论文研究结果可为解决深冻结井壁涌漏水技术难题提供参考。
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摘要Abstract目录Contents1 绪论1.1 课题提出1.2 国内外研究现状及发展动态分析1.2.1 深冻结井壁研究现状1.2.2 温度场研究现状1.2.3 温度-应力-水力三场耦合研究现状1.2.4 混凝土水力劈裂研究进展1.3 研究内容和技术路线1.3.1 研究内容1.3.2 技术路线2 深冻结井壁应力计算模型2.1 混凝土结构瞬态温度场及温度应力的分析2.1.1 不稳定温度场计算原理2.1.2 混凝土温度及应力的变化过程2.1.3 深冻结井壁混凝土温度应力的影响因素2.2 自重应力2.3 冻结压力2.4 深冻结井壁热力耦合的计算理论2.4.1 有内热源温度场分析2.4.2 大体积混凝土温度应力场分析2.4.3 热力耦合的有限元方程3 高压水作用下深冻结井壁水力劈裂分析3.1 水力劈裂的涵义3.2 水力劈裂的断裂力学原理3.2.1 混凝土的水力劈裂3.2.2 混凝土断裂破坏模式3.2.3 水力劈裂作用下的混凝土裂纹扩展3.3 水力劈裂的判据3.3.1 最大周向正应力理论3.4 高压水作用下冻结井内壁应力分析4 深冻结井壁渗流场和应力场耦合分析4.1 渗流场对应力场的影响机理4.2 应力场对渗流场的影响机理4.3 渗流场与应力场耦合分析的连续介质模型4.4 定解条件4.4.1 渗流场定解条件4.4.2 应力场定解条件4.5 耦合分析的有限元算法及步骤5 深冻结井壁热力耦合的数值模拟5.1 数值模拟方法概述5.2 ANSYS软件简介5.3 计算模型5.3.1 模型的建立5.4 深冻结井壁温度场的数值模拟5.4.1 计算参数选取5.4.2 模拟结果及分析5.5 深冻结井壁热力耦合的数值模拟5.5.1 计算参数5.5.2 求解步骤5.5.3 求解结果分析6 深冻结井壁水力耦合模拟实验6.1 模型试验相似准则6.2 井壁试验模型6.3 试验装置及测量6.3.1 试验加载装置6.3.2 试验数据测量6.4 试验结果及分析6.4.1 井壁内外表面应力6.4.2 井壁极限承载力6.5 小结7 结论与展望7.1 结论7.2 展望参考文献致谢作者简介及读研期间主要科研成果
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标签:温度应力论文; 深冻结井壁论文; 模型试验论文; 涌漏水论文;