高水压下竖井井壁与围岩相互作用数值模拟研究

"高水压下围岩与竖井井壁相互作用的数值分析" 本文主要探讨了在高水压环境下，孔隙型含水岩层中的竖井井壁与围岩之间的相互作用，以及如何通过数值分析方法来优化井壁设计。作者采用流固耦合原理，利用Comsol软件的地球模块建立了一个平面应变的井筒井壁力学分析模型，该模型考虑了深埋和高水压的影响，并针对一定范围内的围岩进行分析。 首先，作者对比了模型中的应力场和位移场与传统的“包神公式”解析分析结果，验证了数值模型的准确性和可靠性。这一比较对于确认数值模拟的有效性至关重要，确保了后续研究的基础数据是可信的。 接下来，作者深入研究了几个关键因素对围岩与井壁力学特性的影响。这些因素包括： 1. **井壁外侧的水压力**：水压力直接影响着井壁承受的荷载，增加的水压会加大井壁的受力状态，可能导致结构变形或破坏。 2. **井壁混凝土与围岩的剪切刚度比**：刚度比决定了两者之间能量传递和应力分布的方式，比例越大，围岩承受的压力相对较小，反之则更大。 3. **开挖和支护的时间效应**：开挖过程中的时间因素会影响围岩的稳定性，及时有效的支护可以减少围岩的松弛和变形，降低对井壁的压力。 4. **锚杆的应用**：锚杆作为支护手段，可以增强井壁与围岩间的连接，改善整体的稳定性，减小因水压和围岩移动带来的破坏。 通过对这些因素的数值模拟，作者直观地展示了它们之间的相互作用变化规律，这些图形化的结果对于理解和预测井壁在高水压环境下的行为极为有用。这些发现对于高水压基岩段的井壁设计提供了重要的理论依据和实践指导，有助于提高井筒的安全性和经济性。 总结起来，这篇研究通过数值分析方法，揭示了高水压条件下，孔隙型含水岩层中井壁与围岩相互作用的复杂动态过程，为矿井建设者和工程师提供了宝贵的理论支持和实际应用的参考。其研究内容涵盖了立井井筒设计、孔隙型基岩含水层的特性分析以及有限元法在地质力学问题中的应用，对于提升矿山工程的安全性和效率具有重要意义。