正交各向异性复合井应力变形分析与应用.doc

正交各向异性复合井壁应力变形分析与应用 王渭明*,1) ，路林海*,? （*. 山东科技大学土木建筑学院岩土力学研究所 青岛 266510 ?. 山东交通规划设计院 济南 250031） 摘要：推出了正交各向异性多层复合井壁的应力、位移计算公式，分析了双层混凝土中间夹泡沫塑料板的复合井壁的应力、变形规律。发现当井壁环向弹性模量小于径向弹性模量时，内壁最大剪应力和径向位移会随着环向模量的减小而显著增大，若仍按各向同性设计，将可能出现病态井壁。通过工程应用和现场测试综合分析验证了上述结论，并提出了多层复合井壁破裂的新依据，为立井冻结法施工的复合井壁设计提供了可靠的计算公式和新的加固理念。 关键词：正交各向异性，复合井壁，应力响应 Analysis of Stresses and Deformations of a Compound and Orthotropic Shaft with Applications Wang Weiming [1], Lu Linhai [1,2] (1. Shandong University of Science and Technology Qingdao 266510 2. Shandong Provincial Communications Planning and Design Institute Jinan 250031) Abstract: This paper obtains the formulas of calculating stresses and displacements in a compound and orthotropic shaft and analyzes the stresses and displacements of a compound shaft with two floor concrete liners and a mid-aerated plastic board. If the circumferential elastic modulus is less than the radial elastic modulus of a shaft liner, the maximum shear stress and the radial displacement in an inner liner increase rapidly with the circumferential elastic modulus decreasing. Consequently, if the shaft design is made by isotropic calculation, there are some safe problems. These conclusions have been proved by engineering applications and field observations. The new design methods for avoiding the compound shaft breakage are put forward. The reliable calculation formulas and the new consolidation theory are obtained for designing a compound shaft which is built with the freezing method. Key words: orthotropy; a compound shaft; stress response 立井井筒是整个矿井的咽喉要道，抵抗围岩压力及地下水的侵入，以保证地面与地下的生产系统联络提升人、物的安全。我国华东、华中、华北地区的许多煤矿被不稳定深厚表土层所覆盖，地层中夹有厚层流砂。为了使井筒顺利通过厚层流砂，往往采用冻结法施工，井筒的支护结构为夹有泡沫塑料板的双层混凝土井壁，简称为复合井壁。 对这种复合井壁结构设计及其应力、变形分析，仍沿用线性弹性理论，难以满足越来越多的深厚表土中的复合井壁结构设计和井壁破坏机理分析的理论要求。为了进一步探索复合井壁的力学响应机理，为这类井壁结构设计提供较可靠的理论依据，本文引用正交各向异性理论，推出复合井壁的应力和变形计算公式，并应用于工程，结合现场监测[1]验证理论公式。 1 复合井壁力学模型 这种复合井壁结构存在明显的各向异性特征。其影响因素主要来自三方面：（1）结构特征和材料属性。由于泡沫塑料板夹层的存在，使井壁径向和切向变形模量不同，改变了井筒的变形特性，又由于钢筋混凝土井壁配筋的不均匀性和混凝土材料本身具有各向异性性质，从结