内容简介
本书考虑地下水渗流作用对井壁混凝土应力变形的耦合影响，采用混凝土力学试验、相似模型试验、理论分析、数值计算等研究手段，探究了高压水荷载直接作用下井壁混凝土损伤演化机理以及强度变形特征。针对煤矿立井井筒支护难题，配制出密实度高、抗渗好的高强高抗渗混凝土作为筑壁材料，并对其在地面空气环境中的主要物理力学行试验研究，可为后续高压水荷载直接作用下井壁混凝土物理力学参数变化提供对比，以及解析解与数值计算参数的选取提供参考。综合考虑水压力大小、水压作用时间、混凝土强度等级三种不同影响因素耦合作用效应，借助SPSS数理统计软件设计出混合正交试验表，开展高压水荷载直接作用下井壁混凝土耦合损伤试验。
目录
1绪论
1.1研究背景与意义
1.2相关研展和基础
1.3本书研究内容
2煤矿井壁混凝土的配制及主要物理力学能试验
2.1技术回顾及展望
2.2冻结井壁混凝土配制要求
2.3高强高抗渗冻结井壁混凝土主要物理力学能试验研究
2.4本章小结
3高压水荷载直接作用下井壁混凝土力学能研究…
3.1高压水直接作用下井壁混凝土耦合损伤试验研究
3.2高压水直接作用下井壁混凝土水力耦合渗透试验研究
3.3本章小结
4高压水荷载直接作用下井壁混凝土强度特征研究
4.1主要试验设备
4.2试件制备
4.3试验方案
4.4试验结果
4.5强度特征
4.6变形特
4.7本章小结
5高压水荷载直接作用下井壁结构相似模型试验
5.1相似模型试验简介
5.2煤矿井壁结构模型设计
5.3试验结果与分析
5.4本章小结·
6考虑混凝土脆损伤及地下水渗流影响下立井井筒出水机理分析
6.1高强井壁混凝土脆损伤本构模型
6.2井壁混凝土屈服后塑区强度准则
6.3煤矿立井井壁流固耦合理论分析
6.4煤矿立井井壁出水机理分析
6.5 实例验证
6.6本章小结
7井壁混凝土应力-渗流动态耦合数值计算
7.1井壁混凝土应力场与渗流场动态耦合力学机理
7.2应力-渗流耦合有限元离散法计算
7.3 ABAQUS/CAE应力渗流耦合分析的实现
7.4基于应力渗流动态耦合作用的数值计算模型
7.5本章小结
参考文献
摘要与插图
1.pan style="font-family:宋体">研究背景与意义
煤炭资源是一次能源，而过去30多年国民经济高速发展使得煤炭资源消费量一直处于居高不下的状态，2012年我国煤炭消费量在全球煤炭消量中占比超过50%。有研究预测，即便到2050年经过产业结构调整后形成多元化新能源消费体系，煤炭消费比重也将由目前的65%左右降40%以上，仍然稳居新能源消费体系首位]。全国煤炭资源普查预测报告显示[2]，浅部煤炭资源枯竭，而深部还有大量闲置资源。为满足国民经济发展需要，大部分矿区均已掀起一股老井挖潜改造、新井开发建设的热潮，并取得了显著成绩。其中，据不统计，开采深度可达千米以上的矿井少已有47处[2]，例如，丰原矿业集团张集煤矿采深达1200m，新汶矿业集团孙村煤矿采深达1350m。随着开采深度的不断增加，煤矿立井井筒所需穿过的表土冲积层和基岩段厚度也将增加，其中山东万福矿风井穿过表土冲积层厚度深达750m[4]，甘肃核桃峪副井穿过基岩段达950m，且今后还将开发更深层的煤炭资源。在如此深厚的表土层与基岩段中建井，其水文地质条件十分复杂，主要表现在含水层多、含水量大以及地层稳定差，无论是采用冻结法施工还是采用钻井法施工，建成后的井壁结构都将承受相当大的水压力[5-6]。
目前，我国煤矿立井井筒的主要筑壁材料是混凝土，为抵御高地应力、高静水压力等复杂外荷载作用，设计的井壁厚度大且混凝土强度等级高[7-5]，井壁结构的承载能力得到显著提高，然而井壁浇筑时混凝土水化热明显，且属于大体积混凝土，加上施工工艺要求混凝土具有早强等特点，使得井壁极易产生裂纹，给井筒的水工作带来难题。另外，井筒在运营使用过程中井壁深埋于地下，受到自重、竖向附加力、侧向水土压力、温度应力等荷载影响，煤矿立井井筒将受到环向应力、竖向应力和径向应力作用，处于三轴受力状态。在当前井壁结构设计中，依旧参照我国现行《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）确定井壁混凝土单轴抗拉、抗压强度设计值]，尚未考虑到三轴受力状态下混凝土强度增应，设计参数较为保守。
事实上，煤矿立井井筒在几十年的服务期限内，井壁结构中的混凝土始终处于地下水位以下，是在深厚冲积层含水层段与含水基岩段，井壁混凝土将受到高压水荷载直接作用，并且随着新建矿井穿过的含水不稳定地层厚度的加深，混凝土井壁所需抵挡的地下水压力也将愈来愈大，那么井壁混凝土在高压水荷载作用下同时伴随着孔隙水渗流，混凝土强度及其损伤必然受到影响，而这种影响与目前研究较多的地面空气环境中混凝土强度发展及其损伤演化规律存在不同。那么，目前在井壁结构设计中采用地面结构混凝土的有关设计值计算处于高压水直接作用下井壁混凝土的强度未必合理。也是说，井壁混凝土在高压水荷载直接作用下强度特征与地面结构中的混凝土相比有何异同？这是一个值得研究的科学问题。
关于损伤，井壁混凝土在浇筑、养护、成型过程中存在大量的微裂纹、微孔隙，它们给地下水的运移和贮存提供了条件。在深厚冲积层含水不稳定层段与含水基岩段，井壁混凝土处于高压水荷载作用下，混凝土外表面与内部形成的水力梯度，地下水在混凝土内部发生渗流。然而，孔隙水在微裂纹内发生渗流的过程给裂……