地层疏水沉降时井壁受力的非线性分析

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1、第24卷第1期岩石力学与工程学报Vol.24No.12005年1月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringJan.，2005地层疏水沉降时井壁受力的非线性分析1，2苏骏(1.湖北工业大学土木工程系，湖北武汉430068；2.武汉理工大学，湖北武汉430070)摘要：根据桩基理论，采用剪切位移法，考虑井壁与地层间的相对位移，得到疏水地层井壁附加力和轴向应力的大小和分布规律，并与有限元分析结果进行比较，为井壁设计及计算提供了理论依据。关键词：土力学；井壁；桩基；剪切位移法；附加力；轴向应力中图

2、分类号：TD321文献标识码：A文章编号：1000–6915(2005)01–0139–05NON-LINEARMECHANICALANALYSISOFSHAFTLININGINSTRATUMSETTLEMENTRESULTEDFROMWATERDRAINAGE1，2SUJun(1.DepartmentofCivilEngineering，HubeiUniversityofTechnology，Wuhan430068，China；2.WuhanUniversityofTechnology，Wuhan430070，China)Absta

3、ct：Basedonthetheoryofpilefoundation，byconsideringtherelativedisplacementinshaftliningandstrata，theshearingdisplacementmethodisusedtoobtaintheadditionalforcesandtheaxialstressinshaftlining，andcomparisonofthattheresultswithfiniteelementmethodisconducted.Theresultscanprovi

4、deatheoreticalbasisfordesign.Keywords：soilmechanics；shaftlining；pilefoundation；shearingdisplacement；additionalforces；axialstresses文[3]利用弹性理论，假设井壁与地层间无相对滑1引言动，求解出疏水地层井筒附加力的弹性解；其他相关研究见文[4～10]。实测结果表明：地层疏水沉降黄淮地区自20世纪80年代中后期以来，在厚时，地表明显下沉，井筒与地层间的相对位移量达表土层覆盖型煤矿区，已有40多个立井井壁发生了2

5、00～400mm。本文根据桩基理论，采用剪切位移严重的破坏，造成巨大的经济损失，严重影响了煤法，考虑井壁与地层间的相对位移，得出在井筒与矿的安全与生产。关于井壁破坏的原因，许多专家地层耦合作用下，井筒所受到的附加力和井壁轴向和工程技术人员比较一致的观点是，抽取地下水使应力的大小和分布规律。含水层水位下降，造成土体固结沉降，致使井壁承受附加力，附加力使井筒产生下曳作用，与井壁自2地层疏水沉降分析重应力迭加后已接近或大于原设计井壁的极限强度。为了进行井壁设计及计算，必须确定井壁受到由于生产、生活需要，不可避免地要抽排地下的附加力。文[1]

6、提出了经验方法；文[2]根据地层的水；有时为了满足工程建设需要，地层往往还要承沉降量，直接求解出井壁受到的附加轴向应力；受堆载作用；此外，表土层较厚，土体往往在自重收稿日期：2003–04–30；修回日期：2003–06–30作者简介：苏骏(1971–)，男，1995年毕业于安徽理工大学建筑工程系岩土工程专业，现为博士研究生、讲师，主要从事结构工程方面的教学与研究工作。E–mail：sujun930@163.com。•140•岩石力学与工程学报2005年荷载作用下尚未完全固结，这些因素均导致地层不Cvt式中：T=。v2同程度的沉降。为

7、计算方便，不考虑井筒的存在对H则经过时间t在地层深度z处的沉降量为固结沉降的影响，含水层的疏水产生一维固结压缩。1zq由于含水层的渗透系数很大，因此，分析时假定含w(z，t)=(u−u)dz=⋅1∫0E0Ess水层的疏水压缩是均匀、动态的，且与时间有关。压缩量w用下式计算：∞m2π204Hmz−Tvz−∑1−cose4(4)0.01hπ2m2Hw=∆H(1)m=10wEd式中：Es为上部地层的压缩模量。式中：h为含水层的厚度(图1)；Ed为含水层的压缩由式(1)和(4)得总沉降量为模量；∆H为含水层水头的变

8、化，∆H=H−H，www1w2Hw1，Hw2分别为疏水前、后的含水层水头。w=w0+w1(z，t)(5)3井筒周围土体的变形分析地层疏水沉降时，井壁承受纵向附加力，其沉降量直接影响附加力的大小和变化，同时附加力对井筒周围