表土沉降及温度变化对井壁应力的影响12.21改

表土沉降及温度变化对井壁应力的影响摘要关键字近年来，立井井壁的劈裂问题，一直困扰着煤炭行业的安全与发展。作为一个重大的课题，许多专家、学者进行了大量研究，取得了大量具有实际意义的研究成果。（此段背景补充）（参考别的论文）A经来旺[1]分析立井井壁温度应力的形成及其对井壁劈裂的重要作用，认为温度应力才是导致立井井壁破裂的最主要原因。与此同时，王长树[2]通过对兖矿地区发生立井井壁破裂现象调查、治理和分析监测资料的基础上，认为由于第四系下组水位的强烈疏降引起砂层压缩所产生的垂向附加应力与井壁自重应力之和大于井壁混凝土的强度是导致井壁破裂的最根本原因。（这两篇文章发给我）B影响井壁应力的因素如下：井壁自重、表土层侧向地压力、井壁自重引起的正向摩擦力、表土层沉降引起的负向摩擦力、温度变化引起的温度应力（与Z轴正方向一致为正，相反为负）。（注意此处提出五个因素，在后面分析的时候看看如何分别表示，然后找出破坏的主要因素）其中温度变化引起的温度应力包括：由温度引起的负向摩擦力产生的温度应力，井筒内、外温差产生的温度应力，温度升高井筒径向膨胀受阻产生的温度应力[1]。C立井井壁的破裂主要有两个阶段：第一阶段是冻结壁解冻阶段，该阶段的井壁破裂主要原因是井壁因自重产生的正摩擦力和井筒热胀、表土热缩而产生的负向摩擦力；第二阶段是井壁使用阶段，该阶段的井壁破裂主要原因是表土段沉降及温度变化引起的负向摩擦力和温度变化引起的井筒内、外温差产生的温度应力及温度升高井筒径向膨胀受阻产生的温度应力[3]。D本文将引起井壁破裂的力分为因井壁自重产生的正向摩擦力、井壁自重、表土段的侧向地压力、表土段沉降引起的负向摩擦力。对比ABCD，BC偏于介绍破裂原理，BC之间的逻辑关系不是很明确，A是现状，注意前后关系。即BCAD。D的内容为在A（现状基础上）指出现状的问题，你想怎么解决这个问题。1.模型建立补充：以某实际矿山为背景，介绍结构与地质环境等。然后再介绍模拟模型。矿井纵深200m，内径3m，外径3.9m。将模型简化为纵深100m，基岩以上80m，基岩以下20m；上部井壁的作用通过对下部井壁施加均布荷载模拟，围岩对井壁的作用通过对井壁施加横向荷载和竖向荷载模拟。模型建立如下图：图1模型及施加荷载示意图所取井壁周围围岩的分层（分层可在图中加上横向虚线，对不同层做不同名称标识）：第一层20m粗砂，第二层10m粘土，第三层30m粗砂，第四层20m重力GXZYO均布压力3.9m3m100m外井壁450mm内井壁500mm侧压力竖向应力粘土，20m砂岩。第三层粗砂为含水层，模拟表土段沉降时分为三步，水位分别下降10m、20m、30m。介绍图中，比如说顶部标识为均布荷载，后侧侧向压力随深度逐渐增大等）2.模型所用参数（注意格式，三线表、单位）（表中既有中文又有符号，统一）表1模型参数表名称K（MPa）G（MPa）γ（KN/m3）粘聚力（MP）内摩擦角侧压系数孔隙比E（MPa）U粗砂10020210.008300.420.7556.250.41粘土3520200.04250.720.7550.40.26砂岩268007000263044193000.38井壁15000120002563228421.10.183.施加荷载计算3.1井壁自重荷载3.1.1施加在井壁上部边界的荷载Pz：MPa5.2Pa250000010025000cHoPz3.1.2施加在井壁外部边界的侧向地压力Pc：MPa49.0Pa490000245.010020000HPc（用2000粘土的？？）MPa98.0Pa980000245.020020000HPc施加在井壁外部边界侧向地压力的分布：Z1004900490000cP3.1.3施加在井壁外部边界，由井壁自重引起的竖向正摩擦力：（公式来源，最好在文章前面理论推导下）MPa12.0Pa121871H4GZ2f2MPa24.0Pa243743H4GZ2f2施加在井壁外部边界竖向正摩擦力分布：Z1001200120000f3.1.4施加在井壁外部边界，由表土层沉降引起的负向摩擦力：MPa26.0Pa257250525.0245.010020000KHfMPa39.0Pa385875525.0245.015020000KHf施加在井壁外部边界竖向负摩擦力分布：Z1002600260000f4.模型边界及模拟步骤该模型底部边界施加完全固定约束，模型两侧施加只允许竖向位移的约束，模型内侧边界为自由面，上部边界施加代表上部井壁重力的压强，外部边界施加正、负向摩擦力和侧向地应力。模拟时，第一步只施加重力，第二部施加余下荷载。5.模拟结果及分析5.1.1水位下降10m的模拟结果与分析1.井壁在强度折减过程中塑性区发展的过程（井壁内侧）为了可以清楚的看到塑性区的发展过程，取只有塑性区的局部（文中主要研究破坏深度，最好能说明选取深度多少到多少）作为参考对象。同时为观察井壁的破坏过程，以括号内的时间分析步为依据依次取图。图1井壁内侧塑性区出现位置（0.6172）图2井壁内侧塑性区发展过程（0.6330）图3井壁内侧塑性区发展过程（0.6567）图4井壁内侧塑性区发展过程（0.6582）图5井壁内侧塑性区发展过程（0.6597）图6井壁内侧塑性区发展过程（0.6612）图7井壁内侧塑性区发展过程（0.6623）图8井壁内侧塑性区发展过程（0.6642）塑性区为什么先上下形成两条？然后在中间横向发展？分别说明原因。2.井壁在强度折减过程中塑性区发展的过程（井壁外侧）为了可以清楚的看到塑性区的发展过程，取只有塑性区的局部作为参考对象。图9井壁外侧塑性区发展过程（0.6567）图10井壁外侧塑性区发展过程（0.6582）图11井壁外侧塑性区发展过程（0.6597）图12井壁外侧塑性区发展过程（0.6612）图13井壁外侧塑性区发展过程（0.6623）图14井壁外侧塑性区发展过程（0.6642）通过井壁内、外两侧塑性区发展过程可以看出，如图1所示塑性区首先出现在井壁内侧，待井壁内侧将要形成贯通裂缝时（图3），井壁外侧开始出现塑性区（图9）。如图8所示当井壁内测形成贯通的塑性区时，井壁外侧塑性区的区域（图14）与井壁内测相比要小得多。描述完现象，要分析原因，不能说与现实相符。理由？？这与井壁的破裂首先出现在井壁内侧，表现为混凝土的井壁的环向裂缝或脱皮的现象相符。井壁的塑性区贯通时，安全系数为1.6（有点小）。安全系数有什么用？对分析没有作用，如何结合？3.井壁的破裂位置图15井壁内侧塑性区出现的区域图16井壁最大MISES应力出现的区域图17井壁最大S33应力出现的区域通过图15、图16和图17可以看出，井壁破裂的位置出现在距井壁上部边界51m处左右。分析原因，与文中的目的结合。4.井壁竖向应力和塑性区为了可以看清最大应力的位置，去井壁最大应力处的部分井壁为研究对象。图18井壁S33云图图19井壁塑性区图20井壁S11云图图21井壁S12云图18-21，干什么呢？要指出分析区域，应该放在最前面？5.1.2水位下降20m的模拟结果与分析1.井壁竖向应力和塑性区图22井壁S33云图图23井壁S11云图图24井壁S12云图图25井壁塑性区5.1.3水位下降30m的模拟结果与分析1.井壁竖向应力和塑性区图26井壁S33云图图27井壁S11云图图28井壁S12云图图29井壁塑性区由水位降低10m、20m、30m的S33云图和井壁塑性区，得出随着水位的降低，井壁所受的竖向应力逐渐增大，并在水位降低30m时，开始出现塑性区。说明水位降低是导致井壁破裂一个非常重要的因素。水位降低，要有对比现象，最好是做成表格？图结合表格。另外这样就说一个重要因素，感觉不太充分，因为你上面原因分析不清。你直接改变竖向附加力，结果肯定这样。重新补充水位降低的分析。下面一段，搞不明白你要干什么。把理论。以及个别原因的分析文章发给我。为了得到塑性区发展的过程，增大井壁所受竖向负摩擦力的值。井壁所受竖向负摩擦力的分布为：Z1002600260000f由以上几图塑性区的发展趋势可以看出，井壁是在竖向塑性区达到一定长度后，再横向发展塑性区的。