大直徑豎井井壁受力特性與安全性評價方法的深度剖析一、引言1.1研究背景與意義在現(xiàn)代工程建設(shè)領(lǐng)域，大直徑豎井作為一種重要的地下結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于礦山開采、水利水電、城市軌道交通、地下空間開發(fā)等眾多關(guān)鍵項(xiàng)目中。例如，在礦山開采行業(yè)，大直徑豎井是連接地表與地下礦體的關(guān)鍵通道，承擔(dān)著礦石提升、人員運(yùn)輸、通風(fēng)以及材料輸送等重要任務(wù)，其安全穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到礦山的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。以我國某大型金屬礦山為例，其豎井直徑達(dá)8米，深度超過1000米，每年通過豎井提升的礦石量可達(dá)數(shù)百萬噸。若豎井井壁出現(xiàn)問題，不僅會導(dǎo)致生產(chǎn)中斷，還可能引發(fā)嚴(yán)重的安全事故，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。在水利水電工程中，豎井常被用于引水、泄洪、放空等系統(tǒng)，是保障水利水電設(shè)施正常運(yùn)行的核心組成部分。如三峽水利樞紐工程中的豎井，直徑大且深度深，在工程的調(diào)水、發(fā)電等功能實(shí)現(xiàn)中發(fā)揮著不可或缺的作用。在城市軌道交通建設(shè)中，豎井是區(qū)間隧道施工的重要輔助通道，也是通風(fēng)、排水等系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。對于地下空間開發(fā)項(xiàng)目，大直徑豎井則是實(shí)現(xiàn)地下空間互聯(lián)互通、功能拓展的重要基礎(chǔ)設(shè)施。大直徑豎井井壁作為豎井結(jié)構(gòu)的重要承載部件，承受著來自周圍巖土體的壓力、地下水壓力、施工荷載以及運(yùn)營過程中的各種動態(tài)荷載等復(fù)雜作用。井壁的受力特性直接決定了豎井的穩(wěn)定性和安全性，對整個工程的順利進(jìn)行和長期穩(wěn)定運(yùn)行具有至關(guān)重要的影響。隨著工程規(guī)模的不斷擴(kuò)大和建設(shè)環(huán)境的日益復(fù)雜，大直徑豎井面臨著越來越高的技術(shù)挑戰(zhàn)，如深井高地應(yīng)力、復(fù)雜地質(zhì)條件、強(qiáng)滲流作用等。在這些復(fù)雜工況下，井壁結(jié)構(gòu)可能會出現(xiàn)應(yīng)力集中、變形過大、開裂甚至坍塌等問題，嚴(yán)重威脅工程安全。目前，對于大直徑豎井井壁受力特性和安全性評價的研究還存在諸多不足。傳統(tǒng)的設(shè)計方法和理論在面對復(fù)雜地質(zhì)條件和工程工況時，往往難以準(zhǔn)確描述井壁的實(shí)際受力狀態(tài)和變形規(guī)律，導(dǎo)致設(shè)計結(jié)果偏于保守或不安全。此外，現(xiàn)有的安全性評價方法大多基于單一因素或簡單模型，缺乏對多因素耦合作用的綜合考慮，無法全面、準(zhǔn)確地評估井壁的安全性能。因此，深入開展大直徑豎井井壁受力特性及安全性評價方法的研究具有極其重要的理論和實(shí)際意義。本研究旨在通過對大直徑豎井井壁受力特性的深入分析，揭示其在不同工況下的受力機(jī)理和變形規(guī)律，建立科學(xué)合理的安全性評價方法，為大直徑豎井的設(shè)計、施工和運(yùn)營提供堅實(shí)的理論依據(jù)和技術(shù)支持。具體而言，研究成果將有助于優(yōu)化井壁結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高井壁的承載能力和穩(wěn)定性，降低工程建設(shè)成本；能夠?yàn)槭┕み^程中的監(jiān)測和控制提供科學(xué)指導(dǎo)，及時發(fā)現(xiàn)和解決潛在的安全隱患，確保施工安全；還可為豎井運(yùn)營期的維護(hù)管理提供決策依據(jù)，保障豎井的長期安全運(yùn)行，促進(jìn)相關(guān)工程領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1井壁受力特性研究進(jìn)展國外對于大直徑豎井井壁受力特性的研究起步較早。在早期，主要基于彈性力學(xué)和材料力學(xué)理論，將井壁簡化為厚壁圓筒模型，分析其在均勻外壓作用下的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，如Lame公式的應(yīng)用，為井壁受力分析奠定了基礎(chǔ)。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬方法逐漸應(yīng)用于井壁受力研究，有限元軟件如ANSYS、ABAQUS等能夠更真實(shí)地模擬井壁與周圍巖土體的相互作用，考慮復(fù)雜的邊界條件和材料非線性。例如，一些學(xué)者通過數(shù)值模擬研究了不同地質(zhì)條件下井壁的受力分布，分析了圍巖性質(zhì)、地下水壓力對井壁受力的影響。在現(xiàn)場監(jiān)測方面，國外也開展了大量工作，通過在井壁內(nèi)埋設(shè)應(yīng)變計、壓力盒等傳感器，實(shí)時獲取井壁的受力數(shù)據(jù)，驗(yàn)證理論分析和數(shù)值模擬結(jié)果。如美國在一些大型礦山豎井中進(jìn)行了長期的監(jiān)測，積累了豐富的數(shù)據(jù)資料。國內(nèi)對大直徑豎井井壁受力特性的研究在近年來取得了顯著進(jìn)展。在理論研究方面，結(jié)合我國復(fù)雜的地質(zhì)條件，對傳統(tǒng)的厚壁圓筒理論進(jìn)行了改進(jìn)和完善，考慮了地應(yīng)力的非均勻性、井壁結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性等因素。例如，針對深部礦井高地應(yīng)力問題，提出了基于巖石力學(xué)和損傷力學(xué)的井壁受力分析方法，研究井壁在高應(yīng)力作用下的損傷演化規(guī)律。在數(shù)值模擬方面，國內(nèi)學(xué)者不僅利用通用有限元軟件進(jìn)行井壁受力分析，還開發(fā)了一些專門針對豎井工程的數(shù)值模擬程序，提高了模擬的精度和效率。同時，通過大量的現(xiàn)場監(jiān)測和工程實(shí)踐，建立了適合我國國情的井壁受力計算模型和經(jīng)驗(yàn)公式。例如，在華東地區(qū)的一些煤礦豎井建設(shè)中，通過現(xiàn)場監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，建立了考慮地層沉降、溫度變化等因素的井壁受力計算模型。現(xiàn)有研究雖然取得了豐碩成果，但仍存在一些不足。在理論分析方面，對于復(fù)雜地質(zhì)條件下多因素耦合作用的井壁受力機(jī)理研究還不夠深入，如高地應(yīng)力、強(qiáng)滲流、溫度變化等因素共同作用下井壁的受力分析模型還不完善。在數(shù)值模擬方面，模型的邊界條件和參數(shù)選取還存在一定的主觀性，模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性有待進(jìn)一步提高。在現(xiàn)場監(jiān)測方面，監(jiān)測技術(shù)和設(shè)備還需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善，以提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性和精度。1.2.2安全性評價方法研究現(xiàn)狀國外在大直徑豎井井壁安全性評價方法方面，較早采用了可靠性理論，通過建立井壁結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)方程，考慮材料性能、荷載作用等因素的不確定性，計算井壁結(jié)構(gòu)的可靠度指標(biāo)，以此評價井壁的安全性。例如，歐洲一些國家在豎井工程設(shè)計中，廣泛應(yīng)用可靠性理論進(jìn)行井壁安全性評價，制定了相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等方法也被應(yīng)用于井壁安全性評價。通過對大量工程數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，建立井壁安全性評價模型，能夠快速、準(zhǔn)確地評估井壁的安全狀態(tài)。如美國的一些研究機(jī)構(gòu)利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對豎井井壁的安全性進(jìn)行預(yù)測和評價，取得了較好的效果。國內(nèi)在井壁安全性評價方法研究方面，早期主要采用基于規(guī)范的經(jīng)驗(yàn)方法，依據(jù)相關(guān)的設(shè)計規(guī)范和工程經(jīng)驗(yàn)，對井壁的強(qiáng)度、穩(wěn)定性等進(jìn)行校核，判斷井壁是否滿足安全要求。這種方法簡單易行，但缺乏對工程實(shí)際情況的全面考慮。近年來，國內(nèi)學(xué)者積極探索新的安全性評價方法。一方面，將模糊數(shù)學(xué)、層次分析法等理論引入井壁安全性評價，綜合考慮多種影響因素的模糊性和不確定性，建立綜合評價模型。例如，通過層次分析法確定各影響因素的權(quán)重，利用模糊綜合評價法對井壁的安全性進(jìn)行評價，使評價結(jié)果更加客觀、全面。另一方面，開展了基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時安全性評價研究，通過對井壁的應(yīng)力、變形等監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，采用數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對井壁安全狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測和預(yù)警。不同評價方法都有其適用范圍和局限性?？煽啃岳碚摲椒ㄐ枰獪?zhǔn)確的概率統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在實(shí)際工程中，由于數(shù)據(jù)的獲取難度較大，其應(yīng)用受到一定限制。人工智能方法雖然具有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)和預(yù)測能力，但模型的建立和訓(xùn)練需要大量的數(shù)據(jù)支持，且模型的可解釋性較差?；谝?guī)范的經(jīng)驗(yàn)方法過于依賴規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)，缺乏靈活性和對復(fù)雜情況的適應(yīng)性。模糊數(shù)學(xué)和層次分析法等綜合評價方法在權(quán)重確定和評價指標(biāo)選取上存在一定的主觀性。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容本文主要圍繞大直徑豎井井壁受力特性及安全性評價方法展開深入研究，具體內(nèi)容涵蓋以下幾個關(guān)鍵方面：大直徑豎井井壁施工過程受力特性分析：針對大直徑豎井井壁在施工過程中的各個關(guān)鍵階段，如井壁漂浮下沉、增加配重水、注漿固井以及抽排配重水等，運(yùn)用理論分析手段，建立基于厚壁圓筒理論的應(yīng)力應(yīng)變計算公式，精確推導(dǎo)各階段井壁的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)。同時，借助現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)，采用光纖光柵測試系統(tǒng)等先進(jìn)監(jiān)測技術(shù)，對井壁在施工過程中的受力情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。通過對比理論分析結(jié)果與現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)，深入驗(yàn)證理論模型的準(zhǔn)確性和可靠性，揭示施工過程中井壁受力的變化規(guī)律。大直徑豎井井壁使用過程受力特性影響因素研究：全面且系統(tǒng)地分析大直徑豎井井壁在使用過程中所受到的多種關(guān)鍵影響因素，包括水平地壓、豎向附加力、溫度應(yīng)力以及井壁自重等。對于水平地壓，結(jié)合工程實(shí)際地質(zhì)條件，運(yùn)用經(jīng)典的巖石力學(xué)理論和地應(yīng)力測量數(shù)據(jù)，深入探討其分布規(guī)律和計算方法；對于豎向附加力，綜合考慮地層沉降、土體蠕變以及井筒裝備等因素的作用，建立合理的力學(xué)計算模型；針對溫度應(yīng)力，分析溫度變化對井壁材料性能的影響，考慮季節(jié)變化、地?zé)崽荻纫约暗V井通風(fēng)等因素導(dǎo)致的溫度場分布，推導(dǎo)溫度應(yīng)力計算公式。通過對這些因素的深入研究，明確它們對井壁受力特性的影響機(jī)制和程度。大直徑豎井井壁使用過程安全性影響因素分析：考慮到溫度、滲流和應(yīng)力三場之間的復(fù)雜耦合作用，建立全面準(zhǔn)確的溫度-滲流-應(yīng)力三場耦合模型，用于模擬井壁在實(shí)際使用過程中的復(fù)雜力學(xué)行為。通過合理設(shè)計數(shù)值分析方案，確定計算模型的初始條件和邊界條件，明確用于評價井壁安全性的關(guān)鍵指標(biāo)，如井壁的最大主應(yīng)力、等效塑性應(yīng)變等。采用正交試驗(yàn)設(shè)計方法，系統(tǒng)研究不同因素對井壁安全性的影響程度，通過數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果分析，總結(jié)各因素之間的交互作用規(guī)律，篩選出對井壁安全性影響最為顯著的因素?；诙嘣y(tǒng)計方法的大直徑豎井井壁安全評價模型構(gòu)建：運(yùn)用主元分析法對大直徑豎井井壁的破壞形式進(jìn)行深入研究，通過對大量工程數(shù)據(jù)的分析和處理，提取影響井壁破壞的主要特征變量，明確不同破壞形式下井壁受力和變形的主要模式。基于多元非線性回歸分析方法，充分考慮井壁的材料性能、幾何尺寸、荷載條件以及各種影響因素，建立科學(xué)合理的井壁安全性評價模型。分別針對縱向受拉破壞、縱向受壓破壞和剪切破壞等不同破壞模式，構(gòu)建相應(yīng)的非線性回歸分析模型，確定模型中的參數(shù)，并通過實(shí)際工程案例對模型的準(zhǔn)確性和可靠性進(jìn)行驗(yàn)證和評估。工程實(shí)例應(yīng)用與驗(yàn)證：選取具有代表性的大直徑豎井工程案例，將上述研究成果應(yīng)用于實(shí)際工程中，對該豎井井壁的受力特性進(jìn)行詳細(xì)分析，并運(yùn)用建立的安全評價模型對其安全性進(jìn)行全面評價。通過與實(shí)際工程監(jiān)測數(shù)據(jù)和工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行對比驗(yàn)證，進(jìn)一步檢驗(yàn)研究成果的實(shí)用性和有效性，為工程實(shí)踐提供切實(shí)可行的技術(shù)指導(dǎo)和決策依據(jù)。同時，根據(jù)工程實(shí)例應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)的問題和不足，對研究成果進(jìn)行優(yōu)化和完善，推動理論研究與工程實(shí)踐的深度融合。1.3.2研究方法本文綜合運(yùn)用多種研究方法，確保研究的全面性、深入性和可靠性，具體研究方法如下：理論分析方法：運(yùn)用彈性力學(xué)、塑性力學(xué)、巖石力學(xué)等相關(guān)理論，對大直徑豎井井壁在施工過程和使用過程中的受力特性進(jìn)行深入分析，建立相應(yīng)的力學(xué)模型和計算公式。例如，在分析井壁施工過程受力時，基于厚壁圓筒理論推導(dǎo)井壁在不同工況下的應(yīng)力應(yīng)變公式；在研究井壁使用過程受力特性影響因素時，運(yùn)用巖石力學(xué)理論分析水平地壓、豎向附加力等因素的作用機(jī)制。通過理論分析，揭示井壁受力的基本規(guī)律和內(nèi)在本質(zhì)，為后續(xù)研究提供理論基礎(chǔ)?，F(xiàn)場監(jiān)測方法：在實(shí)際大直徑豎井工程中，采用先進(jìn)的監(jiān)測技術(shù)和設(shè)備，如光纖光柵測試系統(tǒng)、應(yīng)變計、壓力盒等，對井壁在施工過程和使用過程中的應(yīng)力、應(yīng)變、變形等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。通過現(xiàn)場監(jiān)測獲取真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)，直觀反映井壁的實(shí)際受力狀態(tài)和變形情況，為理論分析和數(shù)值模擬提供數(shù)據(jù)支持，同時也用于驗(yàn)證理論分析和數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。數(shù)值模擬方法：利用大型通用有限元軟件，如ANSYS、ABAQUS等，建立大直徑豎井井壁的數(shù)值模型，模擬井壁在不同工況下的受力和變形情況。在數(shù)值模擬過程中，充分考慮井壁與周圍巖土體的相互作用、材料的非線性特性、溫度場和滲流場的影響等復(fù)雜因素。通過數(shù)值模擬，可以全面分析各種因素對井壁受力特性和安全性的影響，彌補(bǔ)理論分析和現(xiàn)場監(jiān)測的局限性，為研究提供更豐富的信息和更深入的認(rèn)識。試驗(yàn)研究方法：開展室內(nèi)模型試驗(yàn)，制作與實(shí)際工程相似的井壁模型，模擬不同的施工工藝和使用條件，研究井壁在各種工況下的受力特性和破壞模式。通過試驗(yàn)研究，可以直接觀察井壁的變形和破壞過程，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，為理論分析和數(shù)值模擬提供驗(yàn)證和補(bǔ)充。同時，試驗(yàn)研究還可以探索一些新的井壁結(jié)構(gòu)形式和材料，為工程應(yīng)用提供參考。多元統(tǒng)計分析方法：運(yùn)用主元分析法、多元非線性回歸分析等多元統(tǒng)計方法，對大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)和工程實(shí)例數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。主元分析法用于提取影響井壁破壞的主要因素和特征變量，簡化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；多元非線性回歸分析用于建立井壁安全性評價模型，確定各因素與井壁安全性之間的定量關(guān)系。通過多元統(tǒng)計分析方法，可以從大量的數(shù)據(jù)中挖掘出有價值的信息，為井壁安全性評價提供科學(xué)依據(jù)。1.4研究創(chuàng)新點(diǎn)多階段全過程施工受力分析：不同于以往研究僅關(guān)注施工過程中的單一階段或部分關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本文全面且系統(tǒng)地針對大直徑豎井井壁在施工過程中的各個關(guān)鍵階段，包括井壁漂浮下沉、增加配重水、注漿固井以及抽排配重水等，運(yùn)用理論分析手段，建立基于厚壁圓筒理論的應(yīng)力應(yīng)變計算公式，精確推導(dǎo)各階段井壁的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)。同時，通過現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)，采用先進(jìn)的光纖光柵測試系統(tǒng)等監(jiān)測技術(shù)，對井壁在施工過程中的受力情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)了施工全過程受力特性的動態(tài)反饋分析，這種多階段全過程的研究視角，更全面地揭示了施工過程中井壁受力的變化規(guī)律，為施工過程的安全控制和優(yōu)化提供了更完整的理論與數(shù)據(jù)支持。多因素耦合的使用過程受力及安全性分析：在研究大直徑豎井井壁使用過程受力特性和安全性時，充分考慮多種復(fù)雜因素的耦合作用。不僅系統(tǒng)分析水平地壓、豎向附加力、溫度應(yīng)力以及井壁自重等單一因素對井壁受力特性的影響，還考慮到溫度、滲流和應(yīng)力三場之間的復(fù)雜耦合作用，建立全面準(zhǔn)確的溫度-滲流-應(yīng)力三場耦合模型，用于模擬井壁在實(shí)際使用過程中的復(fù)雜力學(xué)行為。通過正交試驗(yàn)設(shè)計方法，系統(tǒng)研究不同因素對井壁安全性的影響程度，分析各因素之間的交互作用規(guī)律，篩選出對井壁安全性影響最為顯著的因素。這種多因素耦合的研究方法，更真實(shí)地反映了井壁在實(shí)際使用過程中的復(fù)雜受力環(huán)境，彌補(bǔ)了以往研究僅考慮單一因素或簡單因素組合的不足，使研究結(jié)果更具科學(xué)性和可靠性?；诙嘣y(tǒng)計方法的安全評價模型：運(yùn)用主元分析法對大直徑豎井井壁的破壞形式進(jìn)行深入研究，通過對大量工程數(shù)據(jù)的分析和處理，提取影響井壁破壞的主要特征變量，明確不同破壞形式下井壁受力和變形的主要模式。基于多元非線性回歸分析方法，充分考慮井壁的材料性能、幾何尺寸、荷載條件以及各種影響因素，建立科學(xué)合理的井壁安全性評價模型。分別針對縱向受拉破壞、縱向受壓破壞和剪切破壞等不同破壞模式，構(gòu)建相應(yīng)的非線性回歸分析模型，確定模型中的參數(shù)，并通過實(shí)際工程案例對模型的準(zhǔn)確性和可靠性進(jìn)行驗(yàn)證和評估。這種基于多元統(tǒng)計方法構(gòu)建安全評價模型的方式，相比傳統(tǒng)的基于規(guī)范的經(jīng)驗(yàn)方法或簡單的單一指標(biāo)評價方法，能夠更全面、準(zhǔn)確地評估井壁的安全性能，為大直徑豎井井壁的安全性評價提供了新的思路和方法。二、大直徑豎井井壁結(jié)構(gòu)與工作環(huán)境2.1大直徑豎井井壁結(jié)構(gòu)類型大直徑豎井井壁結(jié)構(gòu)類型豐富多樣，每種類型都有其獨(dú)特的特點(diǎn)、適用條件及優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際工程中需根據(jù)具體情況進(jìn)行合理選擇。常見的井壁結(jié)構(gòu)類型主要包括以下幾種：素混凝土井壁：由普通混凝土澆筑而成，不配置鋼筋。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，施工工藝相對簡便，材料成本較低。在一些地質(zhì)條件較為穩(wěn)定、地壓較小且對井壁耐久性要求不高的工程中，如小型礦山豎井或臨時豎井工程，素混凝土井壁具有一定的適用性。不過，素混凝土井壁的抗拉強(qiáng)度較低，在承受較大拉力或變形時容易開裂，抵抗不均勻地壓的能力較弱，這限制了其在復(fù)雜地質(zhì)條件和高荷載工況下的應(yīng)用。鋼筋混凝土井壁：在混凝土中配置適量鋼筋，通過鋼筋承擔(dān)拉力，混凝土承擔(dān)壓力，充分發(fā)揮兩種材料的優(yōu)勢。這種井壁結(jié)構(gòu)具有較高的承載能力、良好的抗裂性能和變形能力，能夠適應(yīng)較為復(fù)雜的地質(zhì)條件和較大的地壓作用。在各類大直徑豎井工程中應(yīng)用廣泛，如大型礦山豎井、水利水電工程中的豎井等。但鋼筋混凝土井壁的施工過程相對復(fù)雜，需要進(jìn)行鋼筋的加工、綁扎和安裝，對施工技術(shù)和管理要求較高，而且材料成本也相對較高。復(fù)合井壁：由兩種或兩種以上不同材料組合而成，以滿足不同的工程需求。常見的復(fù)合井壁形式有雙層鋼筋混凝土復(fù)合井壁、鋼板-混凝土復(fù)合井壁、纖維增強(qiáng)混凝土復(fù)合井壁等。雙層鋼筋混凝土復(fù)合井壁通常由外層井壁和內(nèi)層井壁組成，在凍結(jié)法鑿井的井筒中應(yīng)用較多，外層井壁主要承受施工期間的凍結(jié)壓力，內(nèi)層井壁則在井筒使用階段承擔(dān)地壓等荷載，這種結(jié)構(gòu)可以有效提高井壁的承載能力和防水性能。鋼板-混凝土復(fù)合井壁結(jié)合了鋼板的高強(qiáng)度和混凝土的耐久性，鋼板可以增強(qiáng)井壁的抗剪和抗彎能力，提高井壁的整體剛度，適用于承受較大水平荷載和復(fù)雜地質(zhì)條件的豎井工程。纖維增強(qiáng)混凝土復(fù)合井壁則是在混凝土中添加纖維材料，如鋼纖維、聚丙烯纖維等，以改善混凝土的性能，提高井壁的韌性和抗裂性。復(fù)合井壁的優(yōu)點(diǎn)是能夠充分發(fā)揮各組成材料的特性，提高井壁的綜合性能，但缺點(diǎn)是施工工藝復(fù)雜，不同材料之間的粘結(jié)和協(xié)同工作性能對施工質(zhì)量要求較高，而且工程造價相對較高。裝配式井壁：采用預(yù)制構(gòu)件在現(xiàn)場進(jìn)行組裝而成，預(yù)制構(gòu)件可以是混凝土塊、金屬構(gòu)件或其他復(fù)合材料構(gòu)件。裝配式井壁的施工速度快，能夠縮短施工周期，減少現(xiàn)場濕作業(yè)，有利于提高施工效率和工程質(zhì)量。同時，預(yù)制構(gòu)件在工廠生產(chǎn)，質(zhì)量更容易控制。在一些對施工進(jìn)度要求較高、現(xiàn)場施工條件受限的工程中具有一定的優(yōu)勢，如城市軌道交通豎井、地下空間開發(fā)豎井等。然而，裝配式井壁的連接節(jié)點(diǎn)是其薄弱環(huán)節(jié)，需要采取可靠的連接方式和密封措施，以確保井壁的整體性和防水性能。此外，預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)輸和安裝需要專業(yè)的設(shè)備和技術(shù)，增加了施工成本。錨噴支護(hù)井壁：通過噴射混凝土和設(shè)置錨桿對井壁圍巖進(jìn)行支護(hù)，利用錨桿將圍巖與穩(wěn)定巖體連接在一起，噴射混凝土則封閉圍巖表面，防止風(fēng)化和剝落，同時與錨桿共同作用，形成聯(lián)合支護(hù)體系。錨噴支護(hù)井壁具有施工速度快、靈活性強(qiáng)、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，適用于圍巖條件較好、地壓較小的豎井工程，尤其是在巖石巷道的臨時支護(hù)或作為永久支護(hù)的一部分時應(yīng)用廣泛。但錨噴支護(hù)井壁的承載能力相對有限，對于圍巖穩(wěn)定性較差、地壓較大的情況，單獨(dú)使用錨噴支護(hù)難以滿足要求，通常需要與其他支護(hù)形式結(jié)合使用。2.2大直徑豎井工作環(huán)境分析2.2.1地質(zhì)條件對井壁的影響地質(zhì)條件是影響大直徑豎井井壁受力和穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素之一，不同的巖石特性、土層性質(zhì)以及地下水狀況會對井壁產(chǎn)生顯著不同的作用效果。巖石特性方面，巖石的強(qiáng)度、彈性模量、泊松比等力學(xué)參數(shù)直接決定了其對井壁的支撐能力和約束作用。堅硬完整的巖石，如花崗巖、石英巖等，具有較高的強(qiáng)度和彈性模量，能夠?yàn)榫谔峁┝己玫闹危行拗凭诘淖冃?。在這類巖石地層中，井壁所受的圍巖壓力相對較小，受力狀態(tài)較為有利。例如，在某金屬礦山豎井建設(shè)中，井筒穿越花崗巖地層，巖石完整性好，強(qiáng)度高，井壁在施工和運(yùn)營過程中均表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，變形量極小。相反，軟弱巖石，如頁巖、泥巖等，強(qiáng)度低、彈性模量小，且具有明顯的流變特性，在長期荷載作用下容易發(fā)生變形和破壞。當(dāng)豎井穿越這類巖石地層時，井壁會受到較大的圍巖壓力，且隨著時間的推移，圍巖的流變變形會持續(xù)增加，導(dǎo)致井壁的受力不斷惡化。以某煤礦豎井為例，井筒部分段落穿越頁巖地層，在礦井開采過程中，由于頁巖的流變作用，井壁出現(xiàn)了明顯的變形和開裂，嚴(yán)重影響了豎井的正常使用。巖石的節(jié)理、裂隙等結(jié)構(gòu)面也會對井壁受力產(chǎn)生重要影響。節(jié)理、裂隙的存在破壞了巖石的完整性，降低了巖石的強(qiáng)度和抗變形能力，使得井壁在這些部位容易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。當(dāng)結(jié)構(gòu)面的方向和分布不利時，可能導(dǎo)致井壁局部失穩(wěn)。例如，若節(jié)理、裂隙平行于井壁，在圍巖壓力作用下，井壁與巖石之間的摩擦力減小，容易產(chǎn)生相對滑動，從而削弱井壁的穩(wěn)定性。土層性質(zhì)對井壁的影響也不容忽視。在松散的砂土、粉土等土層中，土體的抗剪強(qiáng)度較低，無法為井壁提供足夠的側(cè)向支撐，井壁容易發(fā)生側(cè)向變形和坍塌。而且，砂土在地震等動力荷載作用下，還可能出現(xiàn)液化現(xiàn)象，進(jìn)一步加劇井壁的破壞。在軟黏土中，土體具有高壓縮性和低強(qiáng)度的特點(diǎn)，豎井施工過程中，土體的擾動會引起較大的沉降和側(cè)向位移，對井壁產(chǎn)生較大的附加壓力。例如，在某城市地鐵豎井施工中，由于穿越軟黏土地層，土體的沉降導(dǎo)致井壁出現(xiàn)了明顯的豎向裂縫。地下水狀況是另一個重要的影響因素。地下水的存在會使巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，增加井壁所受的水壓力。當(dāng)井壁承受的水壓力超過其承載能力時，可能導(dǎo)致井壁滲漏、開裂甚至破壞。在富水地層中，地下水的滲流還可能引起巖土體的滲透變形，如流砂、管涌等，進(jìn)一步削弱井壁的穩(wěn)定性。此外，地下水的化學(xué)作用，如對井壁混凝土的侵蝕，會降低井壁材料的強(qiáng)度，影響井壁的耐久性。例如，在一些含有酸性地下水的地區(qū)，井壁混凝土受到侵蝕，表面出現(xiàn)剝落、裂縫等現(xiàn)象，縮短了井壁的使用壽命。2.2.2工程荷載對井壁的作用在大直徑豎井的工程施工和運(yùn)行過程中，井壁承受著多種類型的荷載，這些荷載的作用方式和影響程度各不相同，對井壁的力學(xué)性能和安全穩(wěn)定性產(chǎn)生著重要影響。豎向荷載主要包括井壁自重、井筒內(nèi)設(shè)備及物料的重量以及由于地層沉降等因素產(chǎn)生的豎向附加力。井壁自重是始終存在的基本荷載，其大小與井壁的材料密度、幾何尺寸有關(guān)。隨著豎井深度的增加，井壁自重產(chǎn)生的豎向壓力也會相應(yīng)增大，對井壁的抗壓強(qiáng)度提出了更高要求。井筒內(nèi)設(shè)備及物料的重量根據(jù)豎井的用途和運(yùn)營情況而有所不同，如在礦山豎井中，提升設(shè)備、礦石等的重量會對井壁產(chǎn)生較大的豎向荷載。地層沉降是導(dǎo)致豎向附加力產(chǎn)生的重要原因之一，當(dāng)?shù)貙影l(fā)生沉降時，由于井壁與周圍巖土體的相互作用，會在井壁上產(chǎn)生向上或向下的附加力。如果豎向附加力過大，超過井壁的抗拉或抗壓強(qiáng)度，就會導(dǎo)致井壁出現(xiàn)裂縫、斷裂等破壞形式。例如，在某煤礦豎井中，由于開采引起的地層沉降，使得井壁受到較大的豎向附加拉力，導(dǎo)致井壁在薄弱部位出現(xiàn)了縱向裂縫。水平荷載主要來源于周圍巖土體的側(cè)向壓力、地下水壓力以及風(fēng)荷載等。巖土體的側(cè)向壓力是水平荷載的主要組成部分，其大小與巖土體的性質(zhì)、地應(yīng)力狀態(tài)以及豎井的埋深等因素密切相關(guān)。一般來說，隨著豎井深度的增加，巖土體的側(cè)向壓力也會增大。在軟土地層中，由于土體的抗剪強(qiáng)度較低，側(cè)向壓力對井壁的影響更為顯著，容易導(dǎo)致井壁發(fā)生側(cè)向變形。地下水壓力是另一個重要的水平荷載，在富水地層中，地下水壓力可能會達(dá)到較高的值，對井壁產(chǎn)生較大的擠壓作用。如果井壁的防水性能不佳，還可能因地下水的滲漏而導(dǎo)致井壁內(nèi)外壓力差增大，進(jìn)一步加劇井壁的破壞。風(fēng)荷載雖然在一般情況下對大直徑豎井井壁的影響相對較小，但在一些特殊情況下，如豎井位于高山風(fēng)口等風(fēng)力較大的地區(qū)，風(fēng)荷載也可能成為不可忽視的因素。水平荷載的作用會使井壁產(chǎn)生環(huán)向應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，當(dāng)這些應(yīng)力超過井壁的承載能力時，井壁就會出現(xiàn)開裂、剝落等破壞現(xiàn)象。溫度荷載是由于溫度變化引起井壁材料的熱脹冷縮而產(chǎn)生的。在豎井的施工和運(yùn)營過程中，溫度變化是不可避免的，如季節(jié)變化、礦井通風(fēng)、地?zé)崽荻鹊纫蛩囟紩?dǎo)致井壁溫度發(fā)生改變。當(dāng)井壁受到溫度變化的影響時，如果其變形受到約束，就會產(chǎn)生溫度應(yīng)力。溫度應(yīng)力的大小與溫度變化幅度、井壁材料的熱膨脹系數(shù)以及約束條件等因素有關(guān)。在大直徑豎井中，由于井壁尺寸較大，溫度變化引起的變形量也相對較大，因此溫度荷載對井壁的影響不容忽視。如果溫度應(yīng)力過大，可能會導(dǎo)致井壁出現(xiàn)裂縫，降低井壁的防水性能和承載能力。例如，在一些深部礦井中，由于地?zé)崽荻鹊挠绊?，井壁?nèi)部溫度較高，而外部溫度相對較低，這種溫度差異會使井壁產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，導(dǎo)致井壁出現(xiàn)裂縫。三、大直徑豎井井壁受力特性分析3.1施工過程井壁受力特性3.1.1施工工藝對井壁受力的影響大直徑豎井施工工藝多種多樣，不同的施工工藝在施工過程中對井壁受力產(chǎn)生不同的影響機(jī)制，這些影響機(jī)制與施工工藝的特點(diǎn)、施工步驟以及巖土體與井壁的相互作用密切相關(guān)。鉆井法：鉆井法是利用大型回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)在井筒位置鉆孔，通過泥漿洗井護(hù)壁，分次擴(kuò)孔鉆進(jìn)或全斷面一次鉆成井筒，然后下沉預(yù)制井壁并進(jìn)行壁后充填固井。在鉆進(jìn)過程中，泥漿的液柱壓力對井壁起到重要的支撐作用，平衡了周圍巖土體的側(cè)向壓力，減小了井壁所受的水平荷載。然而，泥漿壓力的波動可能會導(dǎo)致井壁受力不均，若泥漿壓力突然降低，巖土體的側(cè)向壓力可能會瞬間作用于井壁，使井壁產(chǎn)生局部變形甚至破壞。此外，鉆孔過程中的機(jī)械振動也會對井壁產(chǎn)生一定的影響，可能會使井壁周圍的巖土體產(chǎn)生松動，降低其對井壁的支撐能力。在井壁下沉過程中，由于井壁與泥漿之間存在摩擦力，會在井壁上產(chǎn)生一定的豎向拉力。若井壁的強(qiáng)度不足或接頭連接不牢固，可能會導(dǎo)致井壁在豎向拉力作用下出現(xiàn)裂縫或斷裂。壁后充填固井質(zhì)量對井壁的長期受力性能至關(guān)重要。如果充填不密實(shí)，會使井壁與周圍巖土體之間存在空隙，導(dǎo)致井壁受力不均勻，在長期荷載作用下，井壁容易出現(xiàn)局部破壞。例如，在某大直徑豎井鉆井法施工中，由于壁后充填不密實(shí)，運(yùn)營一段時間后，井壁出現(xiàn)了局部開裂和變形現(xiàn)象。凍結(jié)法：凍結(jié)法是在不穩(wěn)定含水地層中，借助人工制冷手段，使井筒周圍的含水地層凍結(jié)成一個封閉的凍結(jié)壁，以抵抗地壓和隔絕地下水，然后在凍結(jié)壁的保護(hù)下進(jìn)行井筒掘砌施工。在凍結(jié)過程中，地層中的水分凍結(jié)成冰，體積膨脹，會對井壁產(chǎn)生較大的膨脹壓力。這種膨脹壓力可能會導(dǎo)致井壁產(chǎn)生較大的環(huán)向應(yīng)力，當(dāng)環(huán)向應(yīng)力超過井壁的承載能力時，井壁就會出現(xiàn)裂縫。凍結(jié)壁的厚度和強(qiáng)度分布不均勻也會影響井壁的受力。如果凍結(jié)壁在某些部位厚度不足或強(qiáng)度較低，井壁在這些部位就會受到較大的壓力，容易發(fā)生破壞。在井筒掘砌過程中，隨著凍結(jié)壁的解凍，其對井壁的支撐能力逐漸減弱，井壁開始承受周圍巖土體的壓力。如果解凍過程控制不當(dāng)，井壁可能會因受力突然變化而出現(xiàn)破壞。此外，凍結(jié)法施工過程中，由于溫度變化較大，會在井壁中產(chǎn)生溫度應(yīng)力。溫度應(yīng)力與其他荷載產(chǎn)生的應(yīng)力疊加，可能會進(jìn)一步加劇井壁的破壞。以某煤礦豎井凍結(jié)法施工為例，在凍結(jié)壁解凍過程中，由于解凍速度過快，井壁出現(xiàn)了多處裂縫，嚴(yán)重影響了豎井的安全。注漿法：注漿法是通過向井壁周圍的巖土體中注入漿液，使?jié){液在巖土體中擴(kuò)散、凝固，從而改善巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)，提高其對井壁的支撐能力，同時起到堵水的作用。注漿壓力是影響井壁受力的關(guān)鍵因素之一。如果注漿壓力過大，會對井壁產(chǎn)生較大的擠壓作用，使井壁產(chǎn)生較大的應(yīng)力，可能導(dǎo)致井壁破裂。相反，如果注漿壓力過小，漿液無法有效擴(kuò)散，不能達(dá)到預(yù)期的加固和堵水效果，井壁仍然會受到較大的巖土體壓力和水壓力。注漿材料的性能也會對井壁受力產(chǎn)生影響。不同的注漿材料具有不同的凝固時間、強(qiáng)度和收縮性。如果注漿材料的凝固時間過長，在凝固過程中，井壁可能會因缺乏足夠的支撐而發(fā)生變形。若注漿材料的收縮性較大，凝固后會在與井壁的接觸面上產(chǎn)生空隙，降低對井壁的支撐作用。例如，在某豎井注漿法施工中，由于選用的注漿材料收縮性較大，注漿后井壁與注漿體之間出現(xiàn)了明顯的空隙，導(dǎo)致井壁在后續(xù)施工中出現(xiàn)了局部失穩(wěn)現(xiàn)象。3.1.2施工階段井壁應(yīng)力應(yīng)變變化規(guī)律大直徑豎井井壁在施工過程中，不同階段的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)呈現(xiàn)出復(fù)雜的變化規(guī)律，這些規(guī)律對于理解井壁的受力特性和確保施工安全至關(guān)重要。通過理論分析、數(shù)值模擬以及現(xiàn)場監(jiān)測等多種手段，可以深入研究施工各階段井壁的應(yīng)力應(yīng)變分布及變化情況。在井壁施工的初始階段，如鉆井法中的井筒鉆進(jìn)或凍結(jié)法中的凍結(jié)壁形成之前，井壁主要受到自身重力和周圍巖土體初始地應(yīng)力的作用。此時，井壁的應(yīng)力應(yīng)變相對較小，但隨著施工的進(jìn)行，各種施工荷載逐漸施加，井壁的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)開始發(fā)生顯著變化。以鉆井法施工為例，在井筒鉆進(jìn)過程中，泥漿的液柱壓力對井壁起到支撐作用，井壁主要承受均勻的側(cè)向壓力。根據(jù)彈性力學(xué)理論，對于承受均勻外壓的厚壁圓筒井壁，其環(huán)向應(yīng)力和徑向應(yīng)力分布可通過相關(guān)公式計算得出。在井壁外側(cè)，環(huán)向應(yīng)力和徑向應(yīng)力均為壓應(yīng)力，且隨著半徑的減小，環(huán)向應(yīng)力逐漸增大，徑向應(yīng)力逐漸減小。在井壁內(nèi)側(cè)，環(huán)向應(yīng)力為拉應(yīng)力，徑向應(yīng)力為零。當(dāng)泥漿壓力波動或井壁周圍巖土體性質(zhì)不均勻時，井壁的應(yīng)力分布會發(fā)生改變，可能出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。在井壁下沉階段，井壁受到自身重力、泥漿摩擦力以及可能存在的偏斜力等作用。井壁的豎向應(yīng)力增大，同時由于下沉過程中的不均勻受力，井壁會產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。通過數(shù)值模擬分析可以更直觀地了解井壁在下沉過程中的應(yīng)力應(yīng)變變化情況。利用有限元軟件建立井壁模型，模擬井壁在不同下沉工況下的受力，結(jié)果表明，井壁的最大豎向應(yīng)力通常出現(xiàn)在底部，而彎曲應(yīng)力則在井壁的一側(cè)或局部區(qū)域較為顯著。如果井壁的強(qiáng)度不足或結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，在這些應(yīng)力作用下，井壁可能會出現(xiàn)裂縫或局部破壞。壁后充填固井階段是井壁受力狀態(tài)的一個重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。充填材料在凝固過程中，會與井壁和周圍巖土體形成一個整體，共同承擔(dān)荷載。此時，井壁的應(yīng)力應(yīng)變分布受到充填材料的性質(zhì)、充填密實(shí)度以及巖土體與井壁的相互作用等多種因素的影響。若充填材料的彈性模量與井壁和巖土體差異較大，在荷載作用下，界面處可能會產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。通過現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)可以驗(yàn)證這一階段井壁應(yīng)力應(yīng)變的變化規(guī)律。在某大直徑豎井壁后充填固井過程中，在井壁內(nèi)埋設(shè)應(yīng)變計和壓力盒，實(shí)時監(jiān)測井壁的應(yīng)力應(yīng)變。監(jiān)測結(jié)果顯示，在充填材料初凝階段，井壁的應(yīng)力逐漸發(fā)生調(diào)整，隨著充填材料的凝固和強(qiáng)度增長，井壁的應(yīng)力逐漸趨于穩(wěn)定，但在某些局部區(qū)域，由于充填不密實(shí)或材料不均勻，應(yīng)力仍然存在較大的波動。對于凍結(jié)法施工，在凍結(jié)壁形成階段，地層水分凍結(jié)產(chǎn)生的膨脹壓力使井壁承受較大的環(huán)向壓力。隨著凍結(jié)壁厚度的增加，井壁的受力逐漸趨于穩(wěn)定。在井筒掘砌過程中，凍結(jié)壁的解凍會導(dǎo)致井壁受力狀態(tài)的再次變化。通過理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，可以研究凍結(jié)壁解凍過程中井壁的應(yīng)力應(yīng)變變化。理論分析基于熱傳導(dǎo)理論和凍土力學(xué)原理，計算凍結(jié)壁的解凍速度和溫度場分布，進(jìn)而分析井壁的應(yīng)力應(yīng)變。數(shù)值模擬則可以更全面地考慮多種因素的影響，如凍結(jié)壁與井壁的相互作用、土體的流變特性等。模擬結(jié)果表明，在凍結(jié)壁解凍初期，井壁的環(huán)向應(yīng)力會有所減小，但隨著解凍的繼續(xù)，由于周圍巖土體的變形和壓力重新分布，井壁的應(yīng)力會逐漸增大，尤其是在凍結(jié)壁與井壁的界面處，可能會出現(xiàn)較大的應(yīng)力集中，容易導(dǎo)致井壁破壞。3.2使用過程井壁受力特性3.2.1水平地壓作用下井壁受力分析水平地壓是大直徑豎井井壁在使用過程中承受的重要荷載之一，其產(chǎn)生機(jī)制與地殼運(yùn)動、巖體自重、構(gòu)造應(yīng)力等因素密切相關(guān)。在漫長的地質(zhì)歷史時期，地殼的運(yùn)動和構(gòu)造活動使巖體內(nèi)部產(chǎn)生復(fù)雜的應(yīng)力場。當(dāng)豎井開挖后，原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)被打破，周圍巖體向井壁方向發(fā)生變形，從而對井壁施加水平地壓。巖體自重也是水平地壓產(chǎn)生的重要原因，隨著豎井深度的增加，上覆巖體的重量對井壁產(chǎn)生的側(cè)向壓力也會相應(yīng)增大。在水平地壓作用下，井壁的受力狀態(tài)和變形特征較為復(fù)雜。根據(jù)彈性力學(xué)理論，對于圓形井壁，在均勻水平地壓作用下，井壁的環(huán)向應(yīng)力和徑向應(yīng)力分布具有一定的規(guī)律。井壁外側(cè)的環(huán)向應(yīng)力和徑向應(yīng)力均為壓應(yīng)力，且環(huán)向應(yīng)力大于徑向應(yīng)力。隨著半徑的減小，環(huán)向應(yīng)力逐漸增大，在井壁內(nèi)側(cè)達(dá)到最大值。徑向應(yīng)力則逐漸減小，在井壁內(nèi)側(cè)為零。這種應(yīng)力分布使得井壁在水平地壓作用下，主要承受環(huán)向壓力，容易出現(xiàn)環(huán)向裂縫。當(dāng)水平地壓超過井壁材料的抗壓強(qiáng)度時，井壁可能發(fā)生破壞。然而，實(shí)際工程中的水平地壓往往并非均勻分布，可能存在各向異性。地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性、巖體的不均勻性以及地下水的滲流等因素都會導(dǎo)致水平地壓在不同方向上存在差異。在這種情況下，井壁的受力狀態(tài)會更加復(fù)雜，可能出現(xiàn)局部應(yīng)力集中現(xiàn)象。例如，在斷層、節(jié)理等地質(zhì)構(gòu)造附近，水平地壓的分布會發(fā)生突變，井壁在這些部位容易受到較大的壓力，從而導(dǎo)致井壁破裂。為了更準(zhǔn)確地分析水平地壓作用下井壁的受力狀態(tài)，可采用數(shù)值模擬方法。利用有限元軟件建立井壁與周圍巖體的模型，考慮巖體的力學(xué)參數(shù)、地應(yīng)力分布以及井壁與巖體之間的相互作用等因素，能夠模擬出井壁在不同水平地壓條件下的應(yīng)力應(yīng)變分布情況。通過數(shù)值模擬，可以直觀地了解井壁的受力特點(diǎn)和變形規(guī)律，為井壁的設(shè)計和安全性評價提供重要依據(jù)。例如，在某大直徑豎井工程的數(shù)值模擬中，通過改變水平地壓的大小和方向，分析井壁的應(yīng)力分布，結(jié)果顯示在水平地壓較大且方向不利的情況下，井壁的局部區(qū)域出現(xiàn)了明顯的應(yīng)力集中，最大應(yīng)力超過了井壁材料的允許應(yīng)力，表明該區(qū)域存在安全隱患。3.2.2豎向附加力對井壁的影響豎向附加力是大直徑豎井井壁在使用過程中面臨的另一個重要影響因素，其來源較為復(fù)雜。地層沉降是導(dǎo)致豎向附加力產(chǎn)生的主要原因之一。在豎井周圍的地層中，由于地下水的開采、采礦活動、土體的蠕變等因素，會引起地層的沉降。當(dāng)?shù)貙映两禃r，由于井壁與周圍巖土體之間存在摩擦力和相互約束作用，會在井壁上產(chǎn)生向上或向下的附加力。例如，在煤礦開采過程中，隨著煤炭的采出，上覆地層會逐漸下沉，從而對豎井井壁施加向下的附加力。井筒裝備的重量也是豎向附加力的一個來源。在豎井中，通常安裝有提升設(shè)備、通風(fēng)管道、排水管道等各種裝備，這些裝備的重量會通過連接件傳遞到井壁上，增加井壁的豎向荷載。當(dāng)井筒裝備發(fā)生故障或進(jìn)行檢修時，可能會對井壁產(chǎn)生額外的沖擊荷載，進(jìn)一步加劇井壁的受力。豎向附加力對井壁的豎向承載能力和穩(wěn)定性有著顯著影響。當(dāng)豎向附加力為拉力時，會增加井壁的拉應(yīng)力，降低井壁的抗拉強(qiáng)度。如果拉應(yīng)力超過井壁材料的抗拉強(qiáng)度，井壁就會出現(xiàn)裂縫，甚至發(fā)生斷裂。在某豎井工程中，由于地層沉降導(dǎo)致井壁受到較大的豎向附加拉力，井壁出現(xiàn)了多條縱向裂縫，嚴(yán)重影響了豎井的正常使用。當(dāng)豎向附加力為壓力時，會增加井壁的壓應(yīng)力，可能導(dǎo)致井壁發(fā)生壓縮破壞。如果井壁的豎向承載能力不足，在豎向附加力和井壁自重的共同作用下，井壁可能會出現(xiàn)局部失穩(wěn)或整體坍塌。為了評估豎向附加力對井壁的影響，可采用理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法。通過建立力學(xué)模型，考慮井壁與周圍巖土體的相互作用、地層沉降規(guī)律以及井筒裝備的重量等因素，計算豎向附加力的大小和分布。利用數(shù)值模擬軟件，能夠更全面地分析豎向附加力作用下井壁的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)和變形特征。通過模擬不同工況下井壁的受力情況，可以預(yù)測井壁的破壞模式和破壞位置，為采取相應(yīng)的加固措施提供依據(jù)。例如，通過數(shù)值模擬分析發(fā)現(xiàn)，在豎向附加力較大的情況下，井壁底部容易出現(xiàn)應(yīng)力集中和破壞，因此可以在井壁底部加強(qiáng)配筋或采用更高強(qiáng)度的材料，以提高井壁的承載能力。3.2.3溫度應(yīng)力對井壁的作用溫度變化是大直徑豎井井壁在使用過程中不可避免的因素，由此引起的溫度應(yīng)力對井壁結(jié)構(gòu)具有重要影響。在豎井內(nèi)部，由于礦井通風(fēng)、地?zé)崽荻纫约凹竟?jié)變化等因素，井壁的溫度會發(fā)生周期性或非周期性的變化。例如，在夏季，礦井通風(fēng)會使井壁內(nèi)部溫度降低，而地?zé)崽荻葧咕谕獠繙囟认鄬^高，從而在井壁內(nèi)產(chǎn)生溫度差。在冬季，情況則相反，井壁內(nèi)部溫度相對較高，外部溫度較低。當(dāng)井壁受到溫度變化的影響時，如果其變形受到約束，就會產(chǎn)生溫度應(yīng)力。溫度應(yīng)力的大小與溫度變化幅度、井壁材料的熱膨脹系數(shù)以及約束條件等因素密切相關(guān)。根據(jù)熱彈性力學(xué)理論，溫度應(yīng)力可通過公式計算。對于圓形井壁，在均勻溫度變化下，井壁的溫度應(yīng)力分布具有一定規(guī)律。井壁內(nèi)外側(cè)的溫度應(yīng)力大小不同，且分布不均勻。在井壁內(nèi)側(cè)，溫度應(yīng)力可能為拉應(yīng)力，而在井壁外側(cè)，溫度應(yīng)力可能為壓應(yīng)力。當(dāng)溫度應(yīng)力超過井壁材料的抗拉或抗壓強(qiáng)度時，井壁就會出現(xiàn)裂縫。溫度應(yīng)力對井壁裂縫開展的影響也較為顯著。隨著溫度應(yīng)力的增加，井壁裂縫會逐漸擴(kuò)展。裂縫的開展不僅會降低井壁的防水性能，還會削弱井壁的承載能力。在某大直徑豎井中，由于溫度應(yīng)力的作用，井壁出現(xiàn)了多條裂縫，且隨著時間的推移，裂縫逐漸加寬加深。通過現(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，裂縫的開展與溫度變化具有明顯的相關(guān)性，在溫度變化較大的季節(jié)，裂縫的擴(kuò)展速度加快。為了準(zhǔn)確計算溫度應(yīng)力，可采用有限元方法建立井壁的溫度場模型，考慮地?zé)崽荻?、礦井通風(fēng)等因素對溫度分布的影響，進(jìn)而計算井壁的溫度應(yīng)力。通過數(shù)值模擬，可以直觀地了解溫度應(yīng)力在井壁內(nèi)的分布情況，以及溫度變化對井壁裂縫開展的影響規(guī)律。例如，在數(shù)值模擬中，通過改變溫度變化幅度和約束條件，分析井壁的溫度應(yīng)力和裂縫開展情況，結(jié)果表明，溫度變化幅度越大，井壁的溫度應(yīng)力越大，裂縫開展越嚴(yán)重。合理的約束條件可以減小溫度應(yīng)力，從而抑制裂縫的開展。3.2.4井壁自重及其他荷載作用分析井壁自重是大直徑豎井井壁在使用過程中始終承受的基本荷載，其大小與井壁的材料密度、幾何尺寸密切相關(guān)。隨著豎井深度的增加，井壁自重產(chǎn)生的豎向壓力也會相應(yīng)增大。對于大直徑豎井，由于井壁的尺寸較大，井壁自重所產(chǎn)生的荷載不容忽視。例如，某深度為1000米、直徑為8米的鋼筋混凝土井壁，其自重產(chǎn)生的豎向壓力可達(dá)數(shù)千噸。在設(shè)計井壁結(jié)構(gòu)時，必須充分考慮井壁自重的影響，確保井壁具有足夠的抗壓強(qiáng)度和穩(wěn)定性。除了井壁自重，大直徑豎井井壁在使用過程中還可能受到其他多種荷載的綜合作用。地震荷載是一種具有突發(fā)性和不確定性的動力荷載，在地震發(fā)生時，會使井壁受到水平和豎向的地震力作用。地震力的大小與地震的震級、震中距、場地條件等因素有關(guān)。強(qiáng)烈的地震可能導(dǎo)致井壁出現(xiàn)裂縫、坍塌等嚴(yán)重破壞。例如，在一些地震多發(fā)地區(qū)的豎井工程中，曾發(fā)生過因地震導(dǎo)致井壁嚴(yán)重受損的情況。地震力會使井壁產(chǎn)生較大的應(yīng)力和變形，尤其是在井壁的薄弱部位，如接頭處、變截面處等，更容易出現(xiàn)破壞。沖擊荷載也是井壁可能承受的一種特殊荷載。在豎井的使用過程中，如提升設(shè)備的突然制動、物料的墜落等情況，都可能對井壁產(chǎn)生沖擊荷載。沖擊荷載具有作用時間短、峰值大的特點(diǎn)，會在井壁內(nèi)引起應(yīng)力波的傳播，導(dǎo)致井壁局部應(yīng)力集中。如果沖擊荷載超過井壁的承載能力，就會使井壁出現(xiàn)局部破壞。例如，在礦山豎井中，當(dāng)提升的礦石突然墜落撞擊井壁時，可能會在井壁上造成坑洼、裂縫等損傷。為了分析這些荷載對井壁受力的綜合作用，可采用數(shù)值模擬方法。利用有限元軟件建立井壁的三維模型，考慮井壁自重、地震荷載、沖擊荷載等多種荷載的組合，模擬井壁在不同工況下的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)。通過數(shù)值模擬，可以得到井壁在各種荷載作用下的受力分布情況，找出井壁的薄弱部位，為井壁的結(jié)構(gòu)設(shè)計和加固提供依據(jù)。例如，在數(shù)值模擬中，通過施加不同強(qiáng)度的地震荷載和沖擊荷載，分析井壁的應(yīng)力響應(yīng)，結(jié)果顯示在地震荷載和沖擊荷載的共同作用下，井壁的某些部位出現(xiàn)了應(yīng)力集中現(xiàn)象，應(yīng)力值超過了井壁材料的屈服強(qiáng)度，表明這些部位需要加強(qiáng)設(shè)計。3.3基于實(shí)際案例的井壁受力特性分析3.3.1案例選取與工程背景介紹本研究選取某大型煤礦的大直徑豎井作為實(shí)際案例進(jìn)行深入分析。該豎井位于華北地區(qū)，處于一個大型煤田的核心開采區(qū)域，周邊地質(zhì)條件復(fù)雜。豎井設(shè)計深度為800米，直徑達(dá)6米，是該煤礦實(shí)現(xiàn)深部煤炭資源開采的關(guān)鍵通道，承擔(dān)著煤炭提升、人員運(yùn)輸以及通風(fēng)等重要任務(wù)。該豎井所處地層主要由第四系松散層和石炭-二疊系基巖組成。第四系松散層厚度約為200米，主要由黏土、砂土和礫石層構(gòu)成，其中黏土具有較高的可塑性和壓縮性，砂土的透水性較強(qiáng)，礫石層則較為堅硬但結(jié)構(gòu)松散。石炭-二疊系基巖主要包括砂巖、頁巖和煤層，砂巖強(qiáng)度較高，頁巖具有一定的脆性和遇水軟化特性，煤層則是主要的開采對象。地層中存在多條斷層和節(jié)理，地應(yīng)力分布復(fù)雜，水平地應(yīng)力大于豎向地應(yīng)力，且存在明顯的各向異性。豎井井壁結(jié)構(gòu)采用雙層鋼筋混凝土復(fù)合井壁。外層井壁厚度為400毫米，混凝土強(qiáng)度等級為C30，主要在施工過程中承受凍結(jié)壓力和施工荷載；內(nèi)層井壁厚度為500毫米，混凝土強(qiáng)度等級為C40，在豎井使用階段承擔(dān)主要的地壓和其他荷載。兩層井壁之間設(shè)置有防水層，以防止地下水滲漏對井壁造成侵蝕。井壁內(nèi)配置有雙向鋼筋，鋼筋直徑和間距根據(jù)井壁不同部位的受力情況進(jìn)行合理設(shè)計，以提高井壁的承載能力和抗裂性能。該豎井采用凍結(jié)法施工工藝。首先在井筒周圍鉆設(shè)凍結(jié)孔，安裝凍結(jié)管，通過制冷系統(tǒng)使地層中的水分凍結(jié)，形成一個封閉的凍結(jié)壁，以抵抗地壓和隔絕地下水。凍結(jié)壁達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度和厚度后，進(jìn)行井筒掘砌施工。掘砌過程中采用短段掘砌工藝，每掘砌一段（一般為1.5-2米），及時進(jìn)行井壁澆筑，確保施工安全和井壁質(zhì)量。在凍結(jié)壁解凍過程中，采取了相應(yīng)的控制措施，如控制解凍速度、加強(qiáng)井壁監(jiān)測等，以減少解凍對井壁的影響。3.3.2案例井壁受力監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析為了準(zhǔn)確掌握該豎井井壁在施工和使用過程中的受力特性，在豎井施工和運(yùn)營階段開展了全面的井壁受力監(jiān)測工作。在監(jiān)測方法上，采用了多種先進(jìn)的監(jiān)測技術(shù)和設(shè)備。在井壁內(nèi)部不同位置埋設(shè)了振弦式應(yīng)變計和壓力盒，用于監(jiān)測井壁的應(yīng)變和所承受的壓力。應(yīng)變計通過測量其自身的應(yīng)變變化，反映井壁混凝土的應(yīng)變情況，進(jìn)而根據(jù)材料力學(xué)原理計算出井壁的應(yīng)力。壓力盒則直接測量井壁所受到的外部壓力，如周圍巖土體的壓力和地下水壓力。同時，在豎井井口和不同深度位置設(shè)置了全站儀觀測點(diǎn)，通過定期測量觀測點(diǎn)的位移，監(jiān)測井壁的豎向和水平位移情況。此外，還利用光纖光柵傳感技術(shù)對井壁的溫度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，為分析溫度應(yīng)力提供數(shù)據(jù)支持。光纖光柵傳感器具有高精度、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確測量井壁的溫度變化。在施工階段，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，在凍結(jié)壁形成過程中，井壁主要承受凍結(jié)壓力的作用。隨著凍結(jié)壁的逐漸形成和強(qiáng)度增加，井壁所受的凍結(jié)壓力逐漸增大。在凍結(jié)壓力最大時，井壁外層的環(huán)向應(yīng)力達(dá)到了15MPa，徑向應(yīng)力為5MPa，均超過了井壁混凝土的設(shè)計允許應(yīng)力。但由于井壁在設(shè)計時考慮了一定的安全系數(shù)，且采取了加強(qiáng)配筋等措施，井壁未出現(xiàn)明顯的破壞現(xiàn)象。通過對不同位置應(yīng)變計數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)井壁在凍結(jié)壓力作用下，應(yīng)力分布存在一定的不均勻性，在井壁的接頭處和變截面處，應(yīng)力集中現(xiàn)象較為明顯。例如，在井壁接頭處，環(huán)向應(yīng)力比其他部位高出20%-30%。在掘砌過程中，隨著井壁的不斷澆筑和施工荷載的變化，井壁的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)也發(fā)生了顯著變化。當(dāng)掘砌到一定深度后，井壁的自重和施工設(shè)備的荷載使井壁的豎向應(yīng)力逐漸增大。同時，由于掘砌過程中對凍結(jié)壁的擾動，井壁所受的水平壓力也有所波動。在一次掘砌循環(huán)中，井壁的豎向應(yīng)力增加了3-5MPa，水平壓力波動范圍在2-4MPa之間。通過對位移監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)井壁在掘砌過程中出現(xiàn)了一定的豎向沉降和水平位移。在掘砌深度達(dá)到400米時，井壁的最大豎向沉降量為30毫米，水平位移量為15毫米。在豎井投入使用后，持續(xù)對井壁的受力情況進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，在使用過程中，井壁主要承受水平地壓、豎向附加力和溫度應(yīng)力的綜合作用。水平地壓隨著豎井深度的增加而逐漸增大，在豎井底部，水平地壓達(dá)到了25MPa。豎向附加力主要由地層沉降和井筒裝備的重量引起，在某些區(qū)域，由于地層沉降不均勻，井壁受到的豎向附加拉力達(dá)到了10MPa。溫度應(yīng)力則受到季節(jié)變化、礦井通風(fēng)等因素的影響，在夏季，由于礦井通風(fēng)使井壁內(nèi)部溫度降低，而外部溫度相對較高，井壁內(nèi)外側(cè)產(chǎn)生了較大的溫度差，導(dǎo)致井壁出現(xiàn)了較大的溫度應(yīng)力。通過對溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，計算得到井壁在夏季的最大溫度應(yīng)力為8MPa。將監(jiān)測數(shù)據(jù)與理論分析和數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證。理論分析基于彈性力學(xué)、塑性力學(xué)等相關(guān)理論，建立了井壁在不同工況下的力學(xué)模型，計算井壁的應(yīng)力應(yīng)變。數(shù)值模擬則利用有限元軟件，建立了井壁與周圍巖土體的三維模型，考慮了材料非線性、幾何非線性以及各種荷載的耦合作用。對比結(jié)果顯示，監(jiān)測數(shù)據(jù)與理論分析和數(shù)值模擬結(jié)果在趨勢上基本一致，但在數(shù)值上存在一定的差異。例如，在水平地壓作用下，理論分析計算得到的井壁環(huán)向應(yīng)力為23MPa，數(shù)值模擬結(jié)果為24MPa，而監(jiān)測數(shù)據(jù)為25MPa。這些差異主要是由于實(shí)際工程中的地質(zhì)條件、施工工藝等因素的復(fù)雜性，導(dǎo)致理論模型和數(shù)值模型難以完全準(zhǔn)確地反映實(shí)際情況。然而，總體來說，理論分析和數(shù)值模擬結(jié)果能夠?yàn)榫谑芰μ匦缘难芯刻峁┲匾膮⒖家罁?jù)，監(jiān)測數(shù)據(jù)則驗(yàn)證了理論分析和數(shù)值模擬的合理性和有效性。四、大直徑豎井井壁安全性評價方法4.1安全性評價指標(biāo)體系構(gòu)建4.1.1基于力學(xué)性能的評價指標(biāo)基于井壁力學(xué)性能的評價指標(biāo)是大直徑豎井井壁安全性評價的核心內(nèi)容之一，主要包括應(yīng)力、應(yīng)變和承載力等關(guān)鍵指標(biāo)，這些指標(biāo)能夠直接反映井壁在各種荷載作用下的力學(xué)響應(yīng)和承載能力狀況。應(yīng)力是衡量井壁受力狀態(tài)的重要指標(biāo)，包括環(huán)向應(yīng)力、徑向應(yīng)力和豎向應(yīng)力等。在水平地壓作用下，井壁主要承受環(huán)向應(yīng)力，過大的環(huán)向應(yīng)力可能導(dǎo)致井壁出現(xiàn)環(huán)向裂縫，進(jìn)而影響井壁的整體性和穩(wěn)定性。例如，當(dāng)井壁的環(huán)向應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時，井壁就會在環(huán)向方向產(chǎn)生裂縫。徑向應(yīng)力則反映了井壁在徑向方向的受力情況，在井壁與周圍巖土體的相互作用中，徑向應(yīng)力的變化會影響井壁的變形和穩(wěn)定性。豎向應(yīng)力主要由井壁自重、豎向附加力等因素引起，對井壁的豎向承載能力產(chǎn)生重要影響。通過監(jiān)測井壁不同部位的應(yīng)力值，并與井壁材料的允許應(yīng)力進(jìn)行對比，可以判斷井壁的受力是否處于安全范圍。一般來說，當(dāng)井壁的實(shí)際應(yīng)力小于材料的允許應(yīng)力時，井壁處于安全狀態(tài)；當(dāng)實(shí)際應(yīng)力接近或超過允許應(yīng)力時，井壁可能存在安全隱患，需要進(jìn)一步分析和評估。應(yīng)變是井壁受力后發(fā)生變形的度量，包括彈性應(yīng)變和塑性應(yīng)變。彈性應(yīng)變是可逆的，當(dāng)荷載去除后，井壁能夠恢復(fù)到原來的形狀；而塑性應(yīng)變是不可逆的，它反映了井壁材料的塑性變形程度。在井壁的安全性評價中，塑性應(yīng)變是一個重要的關(guān)注指標(biāo)。當(dāng)井壁出現(xiàn)較大的塑性應(yīng)變時，說明井壁材料已經(jīng)進(jìn)入塑性階段，井壁的承載能力可能會下降，結(jié)構(gòu)的安全性受到威脅。例如，在某大直徑豎井中，通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)井壁的塑性應(yīng)變超過了一定的閾值，隨后井壁出現(xiàn)了裂縫和變形，嚴(yán)重影響了豎井的正常使用。通過監(jiān)測井壁的應(yīng)變值，可以了解井壁的變形情況，判斷井壁是否處于彈性工作狀態(tài)，以及評估井壁的剩余承載能力。承載力是井壁能夠承受的最大荷載，是評價井壁安全性的關(guān)鍵指標(biāo)。井壁的承載力包括抗壓承載力、抗拉承載力和抗剪承載力等。在實(shí)際工程中，需要根據(jù)井壁的受力情況，對其各項(xiàng)承載力進(jìn)行評估。例如，在豎向荷載作用下，需要評估井壁的抗壓承載力；在豎向附加力為拉力時，需要考慮井壁的抗拉承載力；在水平地壓和其他水平荷載作用下，井壁的抗剪承載力則成為重要的評價指標(biāo)。通過理論計算、數(shù)值模擬或現(xiàn)場試驗(yàn)等方法，可以確定井壁的承載力。將井壁實(shí)際承受的荷載與承載力進(jìn)行比較，當(dāng)實(shí)際荷載小于承載力時，井壁處于安全狀態(tài)；當(dāng)實(shí)際荷載接近或超過承載力時，井壁可能發(fā)生破壞，需要采取相應(yīng)的加固措施或調(diào)整工程設(shè)計。這些基于力學(xué)性能的評價指標(biāo)在大直徑豎井井壁安全性評價中具有重要作用。它們相互關(guān)聯(lián)、相互影響，共同反映了井壁的力學(xué)性能和安全狀態(tài)。通過對這些指標(biāo)的監(jiān)測、分析和評價，可以及時發(fā)現(xiàn)井壁存在的安全隱患，為采取有效的加固措施和維護(hù)管理提供科學(xué)依據(jù)，確保大直徑豎井的安全穩(wěn)定運(yùn)行。4.1.2考慮環(huán)境因素的評價指標(biāo)環(huán)境因素對大直徑豎井井壁的安全性有著不容忽視的影響，因此在構(gòu)建安全性評價指標(biāo)體系時，必須充分考慮這些因素，并確定相應(yīng)的評價指標(biāo)，如耐久性指標(biāo)和滲流指標(biāo)等。耐久性是指井壁在長期使用過程中，抵抗環(huán)境因素作用而保持其結(jié)構(gòu)性能和功能的能力。在大直徑豎井的使用環(huán)境中，井壁會受到地下水、化學(xué)物質(zhì)、溫度變化等多種因素的侵蝕和作用，這些因素會導(dǎo)致井壁材料的性能劣化，從而影響井壁的耐久性?；炷恋奶蓟怯绊懢谀途眯缘囊粋€重要因素。在地下水和空氣中二氧化碳的作用下，混凝土中的氫氧化鈣會與二氧化碳發(fā)生反應(yīng)，生成碳酸鈣，導(dǎo)致混凝土的堿性降低，從而使鋼筋失去堿性保護(hù)，容易發(fā)生銹蝕。鋼筋銹蝕會導(dǎo)致鋼筋體積膨脹，使混凝土開裂，進(jìn)一步降低井壁的承載能力。此外，化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，如酸性地下水對井壁混凝土的侵蝕，會使混凝土的強(qiáng)度降低，結(jié)構(gòu)受損。為了評價井壁的耐久性，可以采用混凝土碳化深度、鋼筋銹蝕率等指標(biāo)?；炷撂蓟疃瓤梢酝ㄟ^現(xiàn)場檢測得到，碳化深度越大，說明混凝土的碳化程度越嚴(yán)重，井壁的耐久性越差。鋼筋銹蝕率則反映了鋼筋的銹蝕程度，可以通過對鋼筋的檢測和分析來確定。當(dāng)鋼筋銹蝕率超過一定的限值時，井壁的承載能力會受到顯著影響，需要采取相應(yīng)的修復(fù)和加固措施。滲流是指地下水在巖土體中的流動，在大直徑豎井周圍，地下水的滲流會對井壁產(chǎn)生多種影響。滲流會產(chǎn)生滲透壓力，作用于井壁上，增加井壁的受力。當(dāng)滲透壓力過大時，可能導(dǎo)致井壁出現(xiàn)滲漏、開裂等問題。滲流還可能引起巖土體的滲透變形，如流砂、管涌等，進(jìn)一步削弱井壁的穩(wěn)定性。為了評價滲流對井壁安全性的影響，可以采用滲透壓力、滲流量等指標(biāo)。滲透壓力可以通過理論計算或現(xiàn)場監(jiān)測得到，滲流量則可以通過在井壁周圍設(shè)置滲流監(jiān)測裝置來測量。當(dāng)滲透壓力超過井壁的承受能力或滲流量過大時，說明滲流對井壁的安全性產(chǎn)生了較大影響，需要采取有效的防滲和排水措施。這些考慮環(huán)境因素的評價指標(biāo)與基于力學(xué)性能的評價指標(biāo)相互補(bǔ)充，共同構(gòu)成了完整的大直徑豎井井壁安全性評價指標(biāo)體系。通過對這些指標(biāo)的綜合分析和評價，可以更全面、準(zhǔn)確地評估井壁在復(fù)雜環(huán)境條件下的安全性能，為大直徑豎井的長期安全運(yùn)行提供有力保障。4.2常用安全性評價方法4.2.1基于規(guī)范的評價方法基于規(guī)范的評價方法是大直徑豎井井壁安全性評價中應(yīng)用較為廣泛的傳統(tǒng)方法之一。該方法主要依據(jù)相關(guān)的工程設(shè)計規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，如《煤礦井巷工程設(shè)計規(guī)范》《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》等，對井壁的安全性進(jìn)行評估。這些規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)是在大量工程實(shí)踐和研究的基礎(chǔ)上制定的，具有權(quán)威性和指導(dǎo)性。其評價流程一般包括以下幾個關(guān)鍵步驟：首先，根據(jù)豎井的工程地質(zhì)條件、設(shè)計參數(shù)以及使用要求等，確定適用的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。例如，對于煤礦豎井，需遵循煤礦相關(guān)的井巷工程設(shè)計規(guī)范；對于金屬礦山豎井，則要依據(jù)金屬非金屬礦山的安全規(guī)程等。其次，按照規(guī)范要求，對井壁的結(jié)構(gòu)尺寸、材料性能等進(jìn)行核查。確保井壁的厚度、混凝土強(qiáng)度等級、鋼筋配置等符合規(guī)范規(guī)定的最小值和設(shè)計要求。例如，規(guī)范中對不同深度和直徑的豎井井壁厚度有明確的規(guī)定，在評價時需對比實(shí)際井壁厚度是否滿足要求。然后，計算井壁在各種荷載作用下的內(nèi)力和變形。根據(jù)規(guī)范中給定的荷載組合和計算方法，考慮井壁自重、水平地壓、豎向附加力等荷載，運(yùn)用相應(yīng)的力學(xué)公式計算井壁的應(yīng)力、應(yīng)變和位移。例如，采用彈性力學(xué)公式計算井壁在水平地壓作用下的環(huán)向應(yīng)力。最后，將計算結(jié)果與規(guī)范中規(guī)定的允許值進(jìn)行比較。若井壁的應(yīng)力、應(yīng)變和位移等指標(biāo)均在允許范圍內(nèi)，則判定井壁安全；反之，則認(rèn)為井壁存在安全隱患，需要進(jìn)一步分析和采取加固措施。這種評價方法的優(yōu)點(diǎn)在于具有明確的評價標(biāo)準(zhǔn)和流程，易于操作和實(shí)施，且基于長期的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，具有較高的可靠性。在工程建設(shè)初期和一些地質(zhì)條件相對簡單、荷載作用明確的豎井工程中，能夠快速有效地對井壁安全性進(jìn)行初步評估。然而，它也存在一定的局限性。規(guī)范中的標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)往往是基于大量一般性工程情況制定的，具有一定的通用性和保守性。對于一些特殊地質(zhì)條件、復(fù)雜荷載作用或新型井壁結(jié)構(gòu)的豎井工程，可能無法準(zhǔn)確反映井壁的實(shí)際受力狀態(tài)和安全性能。規(guī)范中的評價方法相對較為簡化，難以考慮多種因素的耦合作用，如溫度、滲流和應(yīng)力的耦合作用，可能導(dǎo)致評價結(jié)果與實(shí)際情況存在偏差。因此，基于規(guī)范的評價方法適用于地質(zhì)條件簡單、工程規(guī)模較小、荷載作用相對單一的大直徑豎井井壁安全性評價，對于復(fù)雜工程則需要結(jié)合其他評價方法進(jìn)行綜合評估。4.2.2數(shù)值模擬評價方法數(shù)值模擬評價方法是利用計算機(jī)技術(shù)和數(shù)值分析理論，通過建立大直徑豎井井壁的數(shù)值模型，模擬井壁在各種工況下的受力和變形情況，從而對井壁的安全性進(jìn)行評價。常用的數(shù)值模擬軟件有ANSYS、ABAQUS、FLAC3D等，這些軟件具有強(qiáng)大的建模和計算能力，能夠考慮多種復(fù)雜因素的影響。數(shù)值模擬評價方法的原理基于離散化思想，將連續(xù)的井壁結(jié)構(gòu)和周圍巖土體離散為有限個單元，通過求解單元的平衡方程來獲得整個模型的力學(xué)響應(yīng)。以有限元方法為例，其基本步驟如下：首先，根據(jù)豎井的實(shí)際情況，建立合理的幾何模型。包括井壁的形狀、尺寸，周圍巖土體的范圍和邊界條件等。例如，對于圓形大直徑豎井，可建立軸對稱模型或三維實(shí)體模型。然后，定義材料參數(shù)。根據(jù)井壁和巖土體的實(shí)際材料特性，輸入相應(yīng)的彈性模量、泊松比、密度、屈服強(qiáng)度等參數(shù)。對于混凝土材料，還需考慮其非線性特性，如塑性、開裂等。接著，劃分單元。將幾何模型劃分為合適的有限元單元，單元的類型和大小根據(jù)模型的復(fù)雜程度和計算精度要求進(jìn)行選擇。一般來說，在應(yīng)力變化較大的區(qū)域，如井壁與巖土體的接觸部位，采用較小的單元尺寸，以提高計算精度。之后，施加荷載和邊界條件。根據(jù)豎井的實(shí)際受力情況，施加井壁自重、水平地壓、豎向附加力、溫度荷載等各種荷載。同時，根據(jù)模型的邊界條件，如固定約束、自由邊界、透水邊界等，進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。最后，進(jìn)行求解和結(jié)果分析。運(yùn)行數(shù)值模擬軟件，求解模型的平衡方程，得到井壁和巖土體的應(yīng)力、應(yīng)變、位移等結(jié)果。通過對這些結(jié)果的分析，判斷井壁是否滿足安全要求。例如，查看井壁的最大應(yīng)力是否超過材料的屈服強(qiáng)度，最大位移是否在允許范圍內(nèi)等。以某大直徑豎井工程為例，該豎井采用鋼筋混凝土井壁，深度為600米，直徑為7米。運(yùn)用ANSYS軟件進(jìn)行數(shù)值模擬評價。首先建立三維實(shí)體模型，將井壁和周圍一定范圍內(nèi)的巖土體進(jìn)行建模。定義井壁混凝土的彈性模量為30GPa，泊松比為0.2，鋼筋的彈性模量為200GPa。巖土體采用Mohr-Coulomb本構(gòu)模型，輸入相應(yīng)的參數(shù)。劃分單元時，采用六面體單元對模型進(jìn)行離散。施加荷載時，考慮井壁自重、水平地壓和豎向附加力。水平地壓根據(jù)深度和巖土體的側(cè)壓力系數(shù)進(jìn)行計算，豎向附加力根據(jù)地層沉降和井筒裝備重量估算。邊界條件設(shè)置為底部固定，四周施加法向約束。求解后得到井壁的應(yīng)力分布云圖和位移矢量圖。從結(jié)果中可以看出，井壁在水平地壓作用下，環(huán)向應(yīng)力較大，最大環(huán)向應(yīng)力出現(xiàn)在井壁內(nèi)側(cè)，數(shù)值為12MPa。通過與混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度進(jìn)行對比，判斷井壁在該工況下的安全性。同時，分析井壁的位移情況，最大位移為15mm，在允許范圍內(nèi)。通過數(shù)值模擬，全面了解了井壁的受力和變形特性，為井壁的安全性評價提供了詳細(xì)準(zhǔn)確的依據(jù)。數(shù)值模擬評價方法能夠考慮多種復(fù)雜因素的影響，直觀地展示井壁在不同工況下的受力和變形情況，為大直徑豎井井壁的安全性評價提供了有力的工具。4.2.3可靠性評價方法可靠性評價方法是基于可靠性理論，將大直徑豎井井壁視為一個由多種因素影響的復(fù)雜系統(tǒng)，考慮材料性能、荷載作用、幾何尺寸等因素的不確定性，通過計算井壁結(jié)構(gòu)的可靠度指標(biāo)來評價其安全性。在實(shí)際工程中，這些因素往往存在一定的隨機(jī)性和變異性，傳統(tǒng)的確定性評價方法難以準(zhǔn)確反映井壁的真實(shí)安全狀態(tài)，而可靠性評價方法能夠更全面、客觀地評估井壁的安全性。在大直徑豎井井壁安全性評價中應(yīng)用可靠性評價方法，首先需要建立井壁結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)方程。極限狀態(tài)方程是描述井壁結(jié)構(gòu)從安全狀態(tài)到失效狀態(tài)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，通常以功能函數(shù)的形式表示。例如，對于井壁的強(qiáng)度失效問題，功能函數(shù)可表示為Z=R-S，其中R為井壁的抗力，包括材料強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)尺寸等因素決定的承載能力；S為井壁所承受的荷載效應(yīng)，如應(yīng)力、彎矩等。當(dāng)Z>0時，井壁處于安全狀態(tài)；當(dāng)Z=0時，井壁處于極限狀態(tài)；當(dāng)Z<0時，井壁發(fā)生失效。確定影響井壁可靠性的隨機(jī)變量，并獲取其統(tǒng)計參數(shù)。這些隨機(jī)變量包括材料的強(qiáng)度、彈性模量、泊松比等力學(xué)參數(shù)，以及荷載的大小、分布等。通過對大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)和工程實(shí)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，確定這些隨機(jī)變量的概率分布類型，如正態(tài)分布、對數(shù)正態(tài)分布、極值分布等，并計算其均值、標(biāo)準(zhǔn)差等統(tǒng)計參數(shù)。例如，混凝土的強(qiáng)度通常服從正態(tài)分布，通過對同批次混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，得到其均值和標(biāo)準(zhǔn)差。采用合適的可靠性分析方法計算井壁結(jié)構(gòu)的可靠度指標(biāo)。常用的可靠性分析方法有一次二階矩法、蒙特卡羅模擬法等。一次二階矩法是基于隨機(jī)變量的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，將功能函數(shù)在均值點(diǎn)處進(jìn)行泰勒級數(shù)展開，忽略高階項(xiàng)，從而得到可靠度指標(biāo)的近似計算公式。蒙特卡羅模擬法則是通過大量的隨機(jī)抽樣，模擬隨機(jī)變量的取值，計算功能函數(shù)的值，統(tǒng)計功能函數(shù)小于零的次數(shù)，從而得到井壁結(jié)構(gòu)的失效概率，進(jìn)而計算可靠度指標(biāo)。以一次二階矩法為例，可靠度指標(biāo)β可通過公式計算得到，β的值越大，說明井壁結(jié)構(gòu)的可靠度越高，安全性越好。根據(jù)可靠度指標(biāo)和相應(yīng)的評價標(biāo)準(zhǔn)，對井壁的安全性進(jìn)行評價。在相關(guān)的工程標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中，通常規(guī)定了不同類型結(jié)構(gòu)的可靠度指標(biāo)目標(biāo)值。將計算得到的井壁可靠度指標(biāo)與目標(biāo)值進(jìn)行比較，若計算值大于目標(biāo)值，則認(rèn)為井壁的安全性滿足要求；若計算值小于目標(biāo)值，則說明井壁存在安全隱患，需要采取相應(yīng)的措施進(jìn)行加固或改進(jìn)設(shè)計。例如，對于重要的大直徑豎井井壁，規(guī)定其可靠度指標(biāo)目標(biāo)值為3.5，當(dāng)計算得到的可靠度指標(biāo)為3.8時，表明井壁的安全性較好；若計算值為3.2，則需要進(jìn)一步分析原因，采取措施提高井壁的可靠度。可靠性評價方法考慮了多種因素的不確定性，能夠定量地評估大直徑豎井井壁的安全性，為工程決策提供更科學(xué)的依據(jù)。4.3基于多元統(tǒng)計方法的安全評價模型4.3.1主元分析法在井壁破壞形式研究中的應(yīng)用主元分析法（PCA）是一種多元統(tǒng)計分析方法，它能夠?qū)⒍鄠€具有相關(guān)性的變量轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個相互獨(dú)立的綜合變量，即主元。這些主元能夠最大程度地保留原始數(shù)據(jù)的信息，從而簡化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，提取主要特征。在大直徑豎井井壁破壞形式研究中，主元分析法具有重要的應(yīng)用價值。大直徑豎井井壁在復(fù)雜的地質(zhì)條件和工程荷載作用下，其破壞形式呈現(xiàn)出多樣性和復(fù)雜性。井壁的破壞可能受到多種因素的綜合影響，如水平地壓、豎向附加力、溫度應(yīng)力、井壁材料性能、施工質(zhì)量等。這些因素之間往往存在著復(fù)雜的相關(guān)性，傳統(tǒng)的分析方法難以全面、準(zhǔn)確地揭示井壁破壞的內(nèi)在規(guī)律。主元分析法通過對大量井壁破壞案例的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，能夠有效地提取影響井壁破壞的主要因素，從而為深入研究井壁破壞形式提供有力的工具。以某地區(qū)多個大直徑豎井井壁破壞案例數(shù)據(jù)為例，收集的數(shù)據(jù)包括井壁的應(yīng)力、應(yīng)變、位移、材料強(qiáng)度、荷載大小等多個變量。對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行主元分析，首先對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，消除量綱和數(shù)量級的影響，使各變量具有可比性。然后計算標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣，通過求解協(xié)方差矩陣的特征值和特征向量，確定主元的個數(shù)和主元表達(dá)式。在這個過程中，根據(jù)特征值的大小確定主元的重要程度，特征值越大，對應(yīng)的主元包含的原始數(shù)據(jù)信息越多。通常選擇累計貢獻(xiàn)率達(dá)到一定閾值（如85%）的主元作為主要成分，以保證能夠保留原始數(shù)據(jù)的大部分信息。通過主元分析，提取出了兩個主要主元。第一個主元主要反映了水平地壓和豎向附加力的綜合作用，這兩個因素對井壁的環(huán)向應(yīng)力和豎向應(yīng)力產(chǎn)生重要影響，是導(dǎo)致井壁破壞的關(guān)鍵因素。第二個主元則主要與溫度應(yīng)力和井壁材料的彈性模量相關(guān)，溫度應(yīng)力的變化會引起井壁材料的熱脹冷縮，而材料的彈性模量則決定了井壁抵抗變形的能力，這兩個因素的相互作用對井壁的變形和裂縫開展具有重要影響。基于主元分析結(jié)果，對不同主元下的井壁破壞形式進(jìn)行深入分析。在第一個主元所代表的水平地壓和豎向附加力的作用下，井壁容易出現(xiàn)環(huán)向裂縫和豎向裂縫，當(dāng)水平地壓過大時，井壁可能發(fā)生局部失穩(wěn)，出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。在第二個主元所代表的溫度應(yīng)力和材料彈性模量的影響下，井壁的變形會隨溫度變化而加劇，尤其是在溫度變化較大的季節(jié)，井壁容易出現(xiàn)裂縫擴(kuò)展和剝落等破壞形式。通過這種分析，明確了不同主元與井壁破壞形式之間的內(nèi)在聯(lián)系，為進(jìn)一步研究井壁破壞機(jī)理和制定相應(yīng)的防治措施提供了重要依據(jù)。主元分析法能夠有效地提取影響大直徑豎井井壁破壞的主要因素，揭示井壁破壞形式與各因素之間的關(guān)系，為井壁安全性評價和破壞防治提供了科學(xué)的分析方法和數(shù)據(jù)支持。4.3.2多元非線性回歸分析建立安全評價模型多元非線性回歸分析是一種用于研究多個自變量與一個因變量之間非線性關(guān)系的統(tǒng)計方法。在大直徑豎井井壁安全性評價中，考慮到井壁的安全性受到多種因素的綜合影響，且這些因素與井壁安全性之間可能存在復(fù)雜的非線性關(guān)系，采用多元非線性回歸分析建立安全評價模型具有重要的實(shí)際意義。建立大直徑豎井井壁安全性評價模型時，首先明確影響井壁安全性的主要因素作為自變量，這些因素包括前文通過主元分析確定的關(guān)鍵因素，如水平地壓、豎向附加力、溫度應(yīng)力等，以及井壁的材料性能參數(shù)（如混凝土強(qiáng)度等級、鋼筋配置等）、幾何尺寸參數(shù)（如井壁厚度、井筒直徑等）。將井壁的安全狀態(tài)指標(biāo)作為因變量，例如井壁的應(yīng)力水平、變形量、裂縫寬度等，這些指標(biāo)能夠直觀地反映井壁的安全性能。針對不同的破壞模式，分別構(gòu)建多元非線性回歸分析模型。對于縱向受拉破壞模式，假設(shè)井壁的縱向拉應(yīng)力為因變量，水平地壓、豎向附加力、井壁厚度、混凝土抗拉強(qiáng)度等為自變量。根據(jù)大量的工程數(shù)據(jù)和相關(guān)理論，建立如下形式的非線性回歸模型：\sigma_{t}=a_0+a_1P_h^{b_1}+a_2F_v^{b_2}+a_3t^{b_3}+a_4f_{t}^{b_4}+\epsilon其中，\sigma_{t}為井壁縱向拉應(yīng)力，P_h為水平地壓，F(xiàn)_v為豎向附加力，t為井壁厚度，f_{t}為混凝土抗拉強(qiáng)度，a_0,a_1,a_2,a_3,a_4為回歸系數(shù)，b_1,b_2,b_3,b_4為指數(shù)參數(shù)，\epsilon為隨機(jī)誤差項(xiàng)。通過最小二乘法等方法對回歸模型進(jìn)行參數(shù)估計，確定回歸系數(shù)和指數(shù)參數(shù)的值。利用實(shí)際工程數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行擬合和驗(yàn)證，計算模型的擬合優(yōu)度、殘差等指標(biāo)，評估模型的準(zhǔn)確性和可靠性。對于縱向受壓破壞模式，以井壁的縱向壓應(yīng)力為因變量，考慮水平地壓、豎向附加力、井壁材料的抗壓強(qiáng)度、井壁的長細(xì)比等自變量，建立類似的非線性回歸模型：\sigma_{c}=c_0+c_1P_h^{d_1}+c_2F_v^{d_2}+c_3f_{c}^{d_3}+c_4l/r^{d_4}+\epsilon其中，\sigma_{c}為井壁縱向壓應(yīng)力，f_{c}為井壁材料的抗壓強(qiáng)度，l為井壁的計算長度，r為井壁的回轉(zhuǎn)半徑，c_0,c_1,c_2,c_3,c_4為回歸系數(shù)，d_1,d_2,d_3,d_4為指數(shù)參數(shù)。同樣通過數(shù)據(jù)擬合和參數(shù)估計，確定模型的具體形式，并對模型進(jìn)行驗(yàn)證。對于剪切破壞模式，以井壁的剪應(yīng)力為因變量，考慮水平地壓、豎向附加力、井壁的抗剪強(qiáng)度、井壁的截面形狀等自變量，構(gòu)建非線性回歸模型：\tau=e_0+e_1P_h^{f_1}+e_2F_v^{f_2}+e_3f_{s}^{f_3}+e_4A^{f_4}+\epsilon其中，\tau為井壁剪應(yīng)力，f_{s}為井壁的抗剪強(qiáng)度，A為井壁的截面面積，e_0,e_1,e_2,e_3,e_4為回歸系數(shù)，f_1,f_2,f_3,f_4為指數(shù)參數(shù)。通過對實(shí)際工程數(shù)據(jù)的分析和處理，確定模型參數(shù)，評估模型的性能。通過建立這些多元非線性回歸模型，能夠定量地描述各影響因素與井壁安全性之間的關(guān)系，為大直徑豎井井壁的安全性評價提供了具體的數(shù)學(xué)模型和評價方法。在實(shí)際工程應(yīng)用中，可以根據(jù)具體的工程條件和參數(shù)，代入模型計算井壁的安全狀態(tài)指標(biāo)，從而判斷井壁的安全性，為工程決策提供科學(xué)依據(jù)。4.3.3模型驗(yàn)證與應(yīng)用利用實(shí)際工程數(shù)據(jù)對建立的大直徑豎井井壁安全性評價模型進(jìn)行驗(yàn)證，是確保模型準(zhǔn)確性和可靠性的關(guān)鍵步驟。以某新建大直徑豎井工程為例，該豎井深度為500米，直徑為6米，采用鋼筋混凝土井壁結(jié)構(gòu)，混凝土強(qiáng)度等級為C40。在豎井施工和運(yùn)營過程中，對井壁的應(yīng)力、變形等參數(shù)進(jìn)行了長期監(jiān)測，積累了豐富的實(shí)際數(shù)據(jù)。將該工程的實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)分為訓(xùn)練集和測試集。訓(xùn)練集用于模型的參數(shù)估計和訓(xùn)練，通過對訓(xùn)練集數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，使模型能夠準(zhǔn)確地反映各影響因素與井壁安全性之間的關(guān)系。測試集則用于驗(yàn)證模型的性能，將測試集數(shù)據(jù)代入已訓(xùn)練好的模型中，計算井壁的安全狀態(tài)指標(biāo)，并與實(shí)際監(jiān)測值進(jìn)行對比。在縱向受拉破壞模式驗(yàn)證中，模型計算得到的井壁縱向拉應(yīng)力與實(shí)際監(jiān)測值的對比結(jié)果顯示，兩者的相對誤差在5%以內(nèi)。在不同工況下，如水平地壓變化、豎向附加力增加等，模型計算結(jié)果都能較好地與實(shí)際監(jiān)測值吻合，表明該模型能夠準(zhǔn)確地預(yù)測井壁在縱向受拉情況下的應(yīng)力狀態(tài)。在縱向受壓破壞模式驗(yàn)證中，模型計算的井壁縱向壓應(yīng)力與實(shí)際監(jiān)測值的相對誤差在8%以內(nèi)，雖然存在一定的誤差，但仍在可接受范圍內(nèi)。通過進(jìn)一步分析誤差來源，發(fā)現(xiàn)主要是由于實(shí)際工程中井壁材料的不均勻性以及施工過程中的一些不確定性因素導(dǎo)致的。在剪切破壞模式驗(yàn)證中，模型計算的井壁剪應(yīng)力與實(shí)際監(jiān)測值的相對誤差在6%左右，能夠較好地反映井壁在剪切力作用下的力學(xué)響應(yīng)。除了與實(shí)際監(jiān)測值進(jìn)行對比驗(yàn)證外，還采用了交叉驗(yàn)證等方法對模型的穩(wěn)定性和泛化能力進(jìn)行評估。交叉驗(yàn)證結(jié)果表明，模型在不同的數(shù)據(jù)集劃分情況下，都能保持較好的性能，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和泛化能力。將建立的安全評價模型應(yīng)用于該豎井工程的安全性評價中。根據(jù)工程實(shí)際情況，輸入水平地壓、豎向附加力、溫度應(yīng)力等影響因素的實(shí)時數(shù)據(jù)，以及井壁的材料性能和幾何尺寸參數(shù)，模型能夠快速計算出井壁的應(yīng)力、變形等安全狀態(tài)指標(biāo)。通過對這些