厚表土层中竖井结构受力特性和施工技术研究

摘要

近年来，随着我国工程建设的需要以及矿山开采规模的扩大和采深的增加，越来越多的竖井工程不得不穿越深厚的表土层，从而给竖井结构的设计和施工带来新的要求和挑战。深厚表土层的存在，导致传统的、适用于浅表土层的基坑设计理论不再适用，也使得井壁容易产生破裂，如何在深覆土层段内开凿竖井已成为一个现实问题，同时也是一个重要的研究课题。 本文先是对深厚表土层竖井结构的国内外研究现状作了概括总结，然后以施工中的四川金沙江溪洛渡水电站左岸出线竖井为工程实例，通过理论分析、数值模拟系统研究了厚表土层中竖并并简的受力机理以及施工过程中的变形发展规律。 首先根据厚表土层井壁受到的荷载，推导出混凝土井壁截面应力计算公式，理论分析了钢筋混凝土井壁内外缘的应力状态；接着建立竖井井筒的有限元模型，对井壁在各种荷载共同作用下进行数值计算，通过对计算结果进行的分析比较，得出厚表土层井壁的受力特点。 然后，本文第四章基于现有的有限元理论和成熟的商业软件，建立了厚表土层内竖并深基坑开挖计算模型，对表土层竖井基坑开挖过程进行了三维数值模拟，研究了采用“随挖随砌”施工方案时井壁的变形发展规律，并通过调整计算参数，对土体模量、开挖步长及井壁厚度等参数作了敏感性分析。 第六章对表土层竖井工程的施工技术进行了研究总结，探讨了井壁施工方法、表土挖掘、混凝土输送、井壁接茬以及井壁防裂等关键技术。 最后，对研究工作进行总结并展望了下一步的方向。本文的研究结果，可为今后厚表土层竖井结构的设计和施工时提供参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1问题的提出

1.2国内外研究现状

1.2.1竖井井壁所受外载研究现状

1.2.2竖井井壁破坏机理研究现状

1.2.3竖井井壁设计理论研究现状

1.2.4竖井结构施工技术研究现状

1.3研究目的与意义

1.4本文的研究内容和研究思路

1.4.1主要研究内容

1.4.2研究思路

1.5本章小结

第二章工程背景

2.1工程概况及特点

2.1.1工程介绍

2.1.2工程特点

2.2工程地质条件

2.2.1区域地质条件

2.2.2工程区基本地质条件

2.2.3左岸出线竖井上段工程地质条件评价

2.3左岸出线竖井布置

2.4左岸出线竖井结构设计方案

2.4.1方案设计

2.4.2方案比选

2.5竖井的施工方案

第三章厚表土层竖井结构井壁受力特性研究

3.1厚表土层竖井井壁的受力特点

3.2厚表土层竖井井壁承受的荷载分析

3.2.1常规荷载

3.2.2附加荷载

3.2.3特殊荷载

3.3厚表土层竖井井壁受力分析

3.3.1施工期间井壁受力分析

3.3.2运营期间井壁受力分析

3.3.3厚表土层井壁混凝土应力计算

3.4井壁内外缘的应力状态分析

3.4.1施工期井壁内外缘应力状态

3.4.2运营期井壁内外缘应力状态

3.5本章小结

第四章厚表土层竖井结构受力性能数值分析

4.1数值分析方法概述

4.2分析软件的基本介绍

4.3井壁受力的数值模拟

4.3.1基本参数

4.3.2模型的建立

4.3.3井壁外载取值

4.3.4数值计算结果及分析

4.4本章小结

第五章厚表土层中竖井开挖过程三维有限元数值模拟

5.1引言

5.2有限元开挖模拟理论基础

5.2.1非线性计算方法

5.2.2收敛准则

5.2.3岩土材料本构模型

5.2.4屈服准则

5.2.5单元选取

5.3围岩与井筒支护结构相互作用分析模型

5.3.1分析模型的讨论

5.3.2本文所采用的分析模型

5.4工程背景介绍

5.4.1工程简介

5.4.2施工方案

5.5模型的建立及参数的选取

5.5.1有限元模型的建立

5.5.2土体参数的选取

5.6计算结果和分析

5.6.1变形计算

5.6.2内力计算

5.7参数敏感性分析

5.7.1井壁厚度的影响

5.7.2土体变形模量的影响

5.7.3开挖步长的影响

5.8本章小节

第六章厚表土层中竖井施工技术研究

6.1引言

6.2深表土层竖井施工方法

6.2.1井圈背板施工法

6.2.2短段掘砌施工法

6.2.3吊挂井壁施工法

6.2.4井外疏水施工法

6.3表土的挖掘

6.4井壁混凝土的输送技术

6.5混凝土井壁的接茬技术

6.6井壁淋水的处理

6.7井壁防裂技术的研究

6.7.1加固措施

6.7.2卸压措施

6.8本章小结

第七章结论和展望

7.1主要结论

7.2研究展望

致谢

参考文献

个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果