复杂地质环境中立井井筒受力特征研究.doc

复杂地质环境中立井井筒受力特征研究 申明亮1，邵伟1，薛爱芝2，朱宜海2 （1同济大学地下建筑与工程系 上海 200092，2济宁市市政设计院 山东 济宁272000） 摘 要：本文采用有限元数值分析的技术手段，选取深层地下结构——立井井筒为研究对象，建立大型三维有限元模型，设定复杂的地质环境条件，深入研究了随着深度的增加，地质条件的改变而引起的地下结构位移及受力特征的变化，确定了应力集中位置，并且分析了由于地下结构的施工造成的土体位移趋势。本文所得结论可以对立井井筒及其他大深度地下结构的设计、施工起到一定的理论指导意义。 关键词：大深度地下结构；立井井筒；复杂地质条件；有限元数值模拟 中图分类号：TU923 文献标识码：A Stess Feature Research of Shaft in Complex Geological Environment SHEN Mingliang1, SHAO Wei1,XUE Ai-zhi2,ZHU Yi-hai2 (1. Department of Geotechnical Engineering in Tongji University, Shanghai 200092, China; 2. Municipal Design Institute of Jining, Jining, Shandong 272000, China) Abstract:The change of underground structure displacement and stress feature caused by the change of geological conditions as the depth increasing is researched in this article, and the stress concentration position is determined. The research is done by the method of finite element numerical analysis. The reaserch object of the three-dimensional finite element modele is deep underground structure----shaft under complex geological environmental. The soil displacement and the change of secondary stress field caused by the underground structure construction is also analysed in this article. The conclusions can play a guiding significance to the design and construction of shaft and other deep underground structures. Key words: deep underground structure; shaft; complex geological condition; finite element numerical simulation 0 引 言 随着我国的经济发展，煤矿产业也在迅速发展，新的矿区不断建设，立井井筒是矿井建设的一个重要部分。立井井筒属于一种大深度地下结构，穿越地层多，影响因素多，受力特征复杂，很难用纯粹的理论公式来表达其受力特征。浅层（深度在几十米范围内）地下结构，如：城市地铁隧道，高速公路隧道，基坑等所处地质环境相对简单，穿越地层范围不大，其受力特征相对容易分析，针对浅层地下结构的理论研究也相对成熟。但随着深度的增加，影响因素的增多，地下结构的受力特征将要发生变化。上世纪50年代以来，我国较流行的井筒受力计算方法主要有普氏方法(普逻托迪雅柯诺夫方法)、秦氏方法(秦巴列维奇方法)、萨氏方法(萨乌斯托维奇方法)以及重液公式，但这些公式仅仅适用于浅层的表土，随着深度的增加，其与实测值的误差也越来越大[1]~[2]。中国矿业大学根据实测和分析得出了拟重液公式，水土分算公式，夹心墙地压公式，山东科技大学也得出了千米立井的计算公式，这些成果都推动了深层地下结构受力特征的研究。随着计算机技术的发展，有限元法得以应用于地下工程的研究。本文以立井井筒为研究对象，设定复杂地质环境，采用有限元数值软件，研究大深度井筒穿越多种地层时受力特征的变化。所得结论可以对立井井筒及其它大深度地下结构的设计、施工起到一定的指导意义。 1 工程背