斜井凍結(jié)井壁內(nèi)壁計(jì)算方法研究及設(shè)計(jì)軟件包開(kāi)發(fā).pdf

1、為滿足我國(guó)西部含水地層中斜井凍結(jié)法鑿井的需要，本文開(kāi)展了含水地層中斜井雙層復(fù)合凍結(jié)井壁內(nèi)壁力學(xué)特性研究，提出了含水地層中斜井雙層復(fù)合凍結(jié)井壁內(nèi)壁設(shè)計(jì)方法，基于數(shù)值計(jì)算結(jié)果和近似求解方法開(kāi)發(fā)了FSL_CAD軟件包（FSL_CAD：Computer Aided Design of Freezing Inclined Shaft Lining）。
　　首先，建立了井壁四圓弧通用等厚力學(xué)模型，然后根據(jù)永久使用階段凍結(jié)斜井內(nèi)壁受力特點(diǎn)，建立

2、了不考慮與考慮圍巖限制作用的斜井井壁計(jì)算模型，獲得了井壁幾何參數(shù)組合與井壁彈性力學(xué)特性的關(guān)系。數(shù)值計(jì)算研究表明：考慮圍巖限制作用改變了井壁變形模式和應(yīng)力值，但不改變拉壓狀態(tài)；井壁幾何參數(shù)與應(yīng)力存在以下關(guān)系：井壁仰拱環(huán)向應(yīng)力與仰拱半徑成二次函數(shù)關(guān)系，井壁頂拱環(huán)向應(yīng)力與頂拱半徑成線性關(guān)系，井壁各點(diǎn)環(huán)向應(yīng)力與井壁厚度成三次函數(shù)關(guān)系。
　　其次，提出了仰拱增厚模型，獲得了不考慮圍巖與考慮圍巖條件下井壁彈性力學(xué)特性關(guān)系，研究表明：不考慮圍巖

3、限制作用模型下，仰拱增厚模型可以有效降低井壁的向內(nèi)變形量，仰拱段變形減小量均達(dá)到60％，同時(shí)可降低井壁各點(diǎn)環(huán)向應(yīng)力；考慮圍巖限制作用模型下，仰拱增厚模型主要對(duì)仰拱部分起作用，頂拱和側(cè)墻段徑向位移和環(huán)向應(yīng)力與等厚模型相比幾乎無(wú)變化，仰拱增厚僅僅降低了仰拱段的徑向變形量和環(huán)向應(yīng)力值，仰拱段環(huán)向應(yīng)力變化更加平緩，建議施工時(shí)填平仰拱內(nèi)緣。
　　第三，進(jìn)行了通用模型近似解法研究，獲得了以結(jié)構(gòu)力學(xué)力法和以溫克爾地基梁理論為基礎(chǔ)的框架模型解法和

4、曲梁模型解法，并提出了三種仰拱不等厚模型。研究表明：框架模型近似解法可在井壁厚度與井壁凈跨比不大于0.14時(shí)進(jìn)行不考慮圍巖模型的計(jì)算，超出范圍時(shí)需對(duì)模型進(jìn)行荷載修正或軸線修正；曲梁模型計(jì)算考慮了圍巖的影響，通過(guò)多次迭代達(dá)到與實(shí)際更貼切的結(jié)論；三種不等厚模型的分析表明，仰拱不等厚模型C為最佳模型，建議工程實(shí)際中采用。
　　最后，以數(shù)值計(jì)算和近似解法為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)了FSL_CAD軟件包，并總結(jié)了斜井雙層復(fù)合凍結(jié)井壁內(nèi)壁設(shè)計(jì)方法，提出斜井