水平不均匀压力下立井井筒内力计算的比较与推荐

本文主要探讨了水平不均匀地压作用下立井井筒内的内力计算问题。立井井筒在施工过程中会受到地层压力的显著影响，这些压力分布不均，对井筒的结构稳定性至关重要。作者比较了两种不同的压力分布模型：p(θ)=p2(1-β2cos 2θ)和p(θ)=p1·(1+β1sinθ)，其中p1和p2分别为两个不同角度下的压力系数，β1和β2是相关的形状参数。 作者通过将立井井筒简化为环形线弹性杆件，运用了卡氏第二定理，这是一种经典力学中的方法，用于解决杆件在受力情况下的变形问题。结合平衡方程，他们分别得到了这两种压力模型下井筒圆环的弯矩、轴力和剪力的数学表达式。这种方法在工程实践中广泛应用，因为它能够量化不同压力分布对井筒各部分应力的影响。 通过具体的工程实例，作者采用了有限元数值分析技术，对两种模型的计算结果进行了细致的对比和分析。研究结果显示，在相同的地压作用下，使用p(θ)=p2(1-β2cos 2θ)公式计算出的内力，与另一种模型相比，弯矩的最大相对差值约为9.57%，轴力的最大相对差值相对较小，不超过2.23%，而剪力的最大相对差值则约为14.36%。这表明，采用p(θ)=p2(1-β2cos 2θ)的压力分布模型，能更精确地预测井筒内部的应力分布，从而对井筒的设计和安全性有更大的保障。 因此，作者建议在进行立井井筒截面设计时，应优先考虑基于p(θ)=p2(1-β2cos 2θ)的内力计算公式，以确保井筒的结构强度和稳定性满足设计要求。这项研究成果对于优化立井施工工艺，提高井筒安全性具有重要的理论和实际意义，对采矿与安全工程领域具有较高的参考价值。