深厚沖積層凍結(jié)立井外層井壁結(jié)構(gòu)模糊隨機(jī)可靠性研究.pdf

1、1998年以來，隨著我國(guó)煤炭淺部資源的開發(fā)殆盡，井筒深度不斷增加，我國(guó)中東部地區(qū)穿越450m深厚沖積層的凍結(jié)深立井增多，外層井壁在施工和運(yùn)營(yíng)過程中的安全事故時(shí)有發(fā)生，其穩(wěn)定可靠性問題已成為國(guó)內(nèi)建井界關(guān)注的熱點(diǎn)之一。與淺立井相比，深凍結(jié)井筒穿過地層的水文條件與地質(zhì)環(huán)境更加復(fù)雜，其凍土力學(xué)特性、凍結(jié)壁溫度與厚度、凍結(jié)壓力、井壁承載力等顯示出強(qiáng)烈的不確定性。論文將深厚沖積地層與凍結(jié)井筒視為模糊隨機(jī)力場(chǎng)，采用理論分析、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)

2、實(shí)測(cè)相結(jié)合的方法，深入研究深凍結(jié)立井外層井壁結(jié)構(gòu)的可靠性，對(duì)提高井筒設(shè)計(jì)的科學(xué)性，確保施工與運(yùn)行安全，具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　通過深埋人工凍土的單軸抗壓和蠕變?cè)囼?yàn)，揭示溫度、應(yīng)力等級(jí)對(duì)凍土蠕變的影響規(guī)律?；诖耍米顑?yōu)解信息素模糊化系數(shù)改進(jìn)傳統(tǒng)的蟻群算法，以期提高搜索效率，避免局部最優(yōu);采用模糊蟻群算法隨機(jī)反演常用蠕變模型的柔量參數(shù);結(jié)合精度和復(fù)雜度，建立雙指標(biāo)綜合選優(yōu)目標(biāo)函數(shù)，確定指標(biāo)的模糊權(quán)重，最后評(píng)價(jià)出三種不同

3、應(yīng)力條件下的深埋人工凍土最優(yōu)蠕變模型。
　　分析兩淮礦區(qū)深厚沖積層井壁凍結(jié)壓力現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果，將凍結(jié)壓力分布視為不均勻模糊隨機(jī)力場(chǎng)，引入變異系數(shù)表征其不均勻性;運(yùn)用模糊隨機(jī)理論和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，首次提出了黏土層和鈣質(zhì)黏土層井壁凍結(jié)壓力的模糊隨機(jī)表達(dá)式，并得到工程實(shí)例驗(yàn)證。
　　根據(jù)大量深厚沖積層鋼筋混凝土井壁模型極限承載力試驗(yàn)結(jié)果，選擇混凝土抗壓強(qiáng)度、厚徑比、配筋率和極限承載力四項(xiàng)參數(shù)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用改進(jìn)后的灰色關(guān)聯(lián)分析法對(duì)鋼筋混凝

4、土井壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行模糊加權(quán)綜合選優(yōu)?；趦苫吹V區(qū)高強(qiáng)鋼筋混凝土井壁結(jié)構(gòu)參數(shù)的樣本數(shù)據(jù)集，分析結(jié)構(gòu)材料、幾何參數(shù)和計(jì)算模式的不確定分布情況，得到相應(yīng)的模糊隨機(jī)分布規(guī)律;利用三角型隸屬函數(shù)形成模糊截集，建立高強(qiáng)鋼筋混凝土井壁極限承載力的模糊隨機(jī)模型，實(shí)例證明該模型更加真實(shí)有效。
　　結(jié)合深厚沖積層井壁凍結(jié)壓力和高強(qiáng)鋼筋混凝土井壁極限承載力模糊隨機(jī)分析，得到深厚沖積層高強(qiáng)鋼筋混凝土外層井壁的模糊隨機(jī)極限狀態(tài)方程，應(yīng)用改進(jìn)后的中心點(diǎn)法推導(dǎo)出外

5、層井壁結(jié)構(gòu)模糊隨機(jī)可靠性的解析解，并提出各變量對(duì)模糊隨機(jī)可靠性的靈敏度區(qū)間模型。工程算例表明:模糊隨機(jī)可靠性以區(qū)間值表征井筒的可靠程度，較常規(guī)可靠性的定值表現(xiàn)方法更具合理性。
　　對(duì)鋼筋混凝土材料的本構(gòu)關(guān)系和失效準(zhǔn)則進(jìn)行模糊隨機(jī)處理，給出井壁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的模糊隨機(jī)失效函數(shù)，設(shè)定輸入輸出模糊隨機(jī)變量，建立鋼筋混凝土外層井壁結(jié)構(gòu)的模糊隨機(jī)有限元分析模型。利用ANSYS中的PDS模塊對(duì)實(shí)際工況進(jìn)行外層井壁結(jié)構(gòu)的可靠性數(shù)值計(jì)算，得到95％置信