深厚黏土层井壁受力特性和特殊施工.pdf

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1、·224·2013年第6期2013年12月SichuanBuildingMaterials第39卷总第176期DOI:10.3969/j.issn.1672-4011.2013.06.096深厚黏土层井壁受力特性和特殊施工1112李振宇,徐升,薛维培,李默涵(1.安徽理工大学土木建筑学院,安徽淮南　232001;2.西安工业大学建筑工程学院,陕西西安,710000)摘要:国投新集能源股份有限公司某煤矿,设计生另外,由表1可知同一水平的冻结压力有差别且不均匀系产能力5．0Mt/a,是国家煤炭工业发展“十一五”规划项目。数也较大。覆盖于煤系地层之上的新生界松散层较厚,单

2、层冻结黏土3)与前期不同,随着时间增加,中后期同一时期不同层厚度近40m,而且这种特殊深部钙质黏土层吸水膨胀,深度的冻结压力随深度的增加,增加的速度减慢,其增长可冻性差、强度低、蠕变显著、冻结压力大,冻结法凿井的趋势类似非线性的2阶多项式曲线。施工过程中可能会出现环向裂缝甚至破裂。针对上述特殊回归分析得到此井冻结压力与深度的关系表达式为:2情况,安徽理工大学地下结构所在主井处于三个较厚黏土P=-0．0001x+0．1132x-22．488(1)d层外层井壁中埋设元件,实时监测施工过程中井壁受力状式中,P为冻结压力,MPa;H为计算深度,m。况确保其强度和稳定。1．2　竖向拉应力

3、关键词:深厚黏土层;作用规律;受力特性;特殊施工冻结井壁施工期间,由于低温冻结,井壁混凝土收缩中图分类号:TD262文献标志码:B较大,在冻结压力约束和混凝土收缩共同作用下,井壁混文章编号:1672-4011(2013)06-0224-02　凝土竖向出现较大拉应力,此时井壁可能会出现环向裂纹。通常,冻结法凿井时,深厚黏土层中由于冻结壁变形、冻1　井壁主要荷载的特性和规律胀力等原因,环向应力较大,比如淮南工业学院的杨平等1．1　冻结压力在淮南市新集一矿西风井凿井期间,对两壁的温度、受力进行了现场实测研究。实测发现在距外壁内缘150mm处,常规的动土力学理论和试验研究方法对于深部地

4、层中环向应力最大,其次为径向应力(是环向应力的7%~人工冻土难以适用,冻结压力通常由工程实测获得。近期12%),纵向应力最小。纵向应力值前3天出现微弱的拉应对此矿主井位于深部巨厚黏土层段的井壁进行受力变形监力,以后即转为压应力,并随时间延长逐渐增长,但值较小,测的结果显示,其冻结压力变化和规律除具备一般地质条仅为环向应力的3%~5%。竖向拉应力甚至可以不考虑,近件下井壁受力一些特点外,还具备下述特性。似为二向应力状态。从此矿主井近期监测结果可知,竖向拉应力值随着深度和时间增加而增加,而由图2可知在较深的巨厚黏土层中,竖向应力甚至大于环向应力(竖向应力为拉应力,环向应力为压应力,

5、比值为负值)。图1　某矿主井冻结压力发展趋势表1主井三个水平冻结压力指标最大值/MPa最小值/MPa不均匀变差系数一水平3．10．32．20二水平5．21．01．98图2　主井两个水平竖向应力与环向应力比值变化趋势三水平5．60．41．36经对比分析发现,之所以出现上述两种截然不同的情1)如图1为埋置在此矿井主井三个水平(-330m,-况,主要原因是前者井壁处于深部钙质黏土层,且黏土层380m,-430m)的冻结压力平均值大小变化,由图1可知,厚度较大,可冻性差、强度低、蠕变显著,特别是井壁浇随着深度的增加,冻结压力越大,且增加速度也越快,相筑前期,由于井壁温度高引起冻结壁变形

6、大,进而围抱井差100m深的冻结压力在前期增加的速度相差数倍,比如第筒形成较大竖向拉应力。综合分析上述两种情况,竖向应10天三水平冻结压力将近是一二水平的3倍。力大小主要原因应该与该范围内的土层特性(是否为黏土2)30天以后,冻结压力增加缓慢,每天增加不到层)、实测位置深度和井帮温度等因素有关。所以在深厚冲0．05MPa,深厚黏土层中冻结压力随深度增加差别较大,积层中的冻结井筒竖向应力应特别引起重视,井壁极有可三个水平深度依次相差50m左右,压力相差大于1MPa。能产生裂缝,如此矿在施工过程中主副井由于竖向拉应力作者简介:李振宇(1986-),男,河南平舆人,在读硕士研究生,主

7、要过大导致井壁实际应变值大于混凝土极限值而产生裂缝,从事地下结构工程研究。而环向应变几乎都没有超过极限值。2013年第6期·225·第39卷总第176期SichuanBuildingMaterials2013年12月表2某矿主井三个水平处外壁应变情况/με大之时,而往往是因混凝土早期强度不够引起,应设法提环向应变竖向应变高混凝土早期强度或减少外壁初期侧压力,在厚黏土层或极限值极限值备注最大值最大值钙质黏土层施工时,当井壁位移过快或膨胀过大时,采取主井一+200,竖向拉应变在外壁与