基于空間彈塑性理論的止漿墊設計與計算方法的研究

摘要：基于止漿墊厚度的傳統計算公式結果偏大，尤其是注漿壓力較大時，計算結果失真這樣一個情況，本文提出一個基于彈塑性理論的分析模型，將止漿墊簡化成外部受均勻壓力作用的球殼，進而推導出新的止漿墊厚度計算公式，這種公式的結果和經驗數據很好擬合，值得在工程實踐中借鑒。

關鍵詞：止漿墊 彈塑性 曲線擬合

1 止漿墊的設計

1.1 止漿墊的類型選擇

采用井筒工作面注漿時，為了防止涌水現象及注漿過程中最大能力和效率的將注漿體注入到巖層中去，我國采取了很多措施，例如錨桿注漿填塞裂隙法、充氣式止漿環法等等，這些方法因施工方式組織方式和自然地理條件而異。在井筒底部或者側壁預注漿時，本文給出的是整體式預注混凝土材料，這種材料作為止漿墊的選擇有著施工方便、速度快、整體性好、強度高、封水止漿效果良好效果。

1.2 彈塑性球殼理論在止漿墊設計中的應用

止漿墊是工作面預注漿法中重要的結構物，其作用是封閉含水層涌水，安裝注漿導向管和保證最大注漿壓力時，漿液不致翻入井內。

按上式計算止漿墊厚度明顯偏大，尤其是注漿壓力較大時，計算結果無法采用。而在壓力逐漸增加的時候，這種計算方法偏離安全。而在實踐過程中，經驗公式還比較匱乏，所以本文將止漿墊力學處理為空間模型，即簡化成外部受均勻壓力作用的殼體結構，利用彈塑性空間止漿墊的作用范圍，將二維力處理成空間力學分析，進而推導出新的止漿墊厚度計算公式。

1.2.1 力學模型的建立條件

①將混凝土止漿墊看成是均質的連續介質。

②將止漿墊劃分成兩個區域，內側為塑性區，外側為彈性區（圖1-1）。

③塑性區的屈服條件采用屈雷斯加條件，即：

1.2.2 混凝土止漿墊厚度計算公式

1.2.2.1 基本方程

2 算例及分析

某立井井筒凈徑為6m，j井壁施工采用現澆混凝土，壁厚為400mm。當井筒施工欲穿過含水裂隙巖層時，采用工作面預注漿法。注漿前，先修筑混凝土止漿墊，取止漿墊σs=10Mpa，下面分別按式（1-1）、式（1-14）和式（1-25）計算在不同最大注漿壓力Pb下所需的混凝土止漿墊厚度，并與經驗值作比較，如表1所示。

從計算結果看出，公式（1-25）與經驗數據能夠較好吻合，施工時選用是安全可行的。

3 結論

3.1 在注漿操作過程中，按照最大注漿壓力確定止漿墊尺寸，允許部分止漿墊保留在彈性區域，部分進入塑性區域。

3.2 將止漿墊簡化為球殼，作為空間問題處理是完全可行的，根據彈塑性理論，并經曲線擬合，最終導出止漿墊厚度計算公式（1-25）。并與經驗數據能很好吻合。

3.3 在應用上式時，最重要的是選擇σs建議采用3～7天混凝土單軸抗壓強度。

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