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沉井地压——一种特殊表土地(3)

2013-09-27 01:04
　　3.3  沉井侧面阻力的侧压力
　　3.3.1  我国学者（包括有关的高校教材）对沉井侧阻所提出的看法，主要论点可归结为：
　　（1）下沉的沉井井壁与土壤直接发生摩擦，也有认为是沉井井壁与土壤间发生滑动。
　　（2）沉井井壁所受的侧压是竖井表土地压（散体地压）。
　　这些看法可能是由于受原苏联学者的所致，例如П。М。秦巴列维奇在他的著作《矿井支护》中提到：沉下式“支架所受的影响是它本身的重量，岩层及水的侧压以及支架基础所生反作用力，当支架底部岩石一旦挖出，其底部的反作用力即消失，支架可由本身自重而下沉，支架外表的摩擦力逐渐增加，无论支架处于哪一种位置，摩擦力大小都决定于侧压力的大小，岩石与支架外表之间的摩擦系数，以及支架外部表面的大小，即侧阻值等于侧压与表面积摩擦系数之积”［2］。
　　此处的侧压是什么力，秦氏未明确指出。然而人们却用竖井表土地压作为沉井侧压力，并用秦氏公式来它，显然与秦氏平面挡土墙公式的不符。因为该公式是在“假定在岩层与支架材料之间没有摩擦才能有效”［2］。
　　3.3.2  沉井井壁与土层间发生了什么？从沉井施工现场，可观察到以下现象：
　　（1）在徐州拾屯沉井施工时，为了纠偏，进行壁外“大揭盖”，发现与沉井壁相隔0.2-0.3 m的炉渣层（壁外充填料）的土层，有一比同一标高土层颜色较深，结构较密实的环状土层。在距地表下3 m（井西南方），距井壁外0.7 m与4.0 m处取同层土样，测得干容重分别为：在0.7 m处，γd=16.4 kN/立方米；在4.0 m处，γd=15.3 kN/立方米.γd常见值为13-20 kN/立方米，γd越大，土体越密实，说明靠近井壁的土层被压密实了。
　　（2）徐州地区进行料石沉井壁后注浆时，都比较费劲，几乎每个沉井井壁外都要捣1-3 m的硬土层才能进行。例如东城矿主井筒（沉井），穿过的硬土层为2-3 m.
　　（3）在沉井壁中放置的放水管，经常放不出水。例如拾屯主井从地表下沉到31m深，放水管从未流出过水，工人用2m长的钢钎捅和用锤击钎子，发觉壁外有一硬层难以通过。又如马庄主井，沉井井壁安置放水管伸出壁外较短，放不出水来，但听见有水的响声。
　　（4）拾屯主井下沉到30多米时，下沉几乎停止，刃脚部份完全露出（即Rs=0，B=0）。伸手摸刃脚外壁，有一层200-400 mm厚，粘着紧密且含水少，很难尅出的土层。通过计算，此时沉井自重大大的超过侧面阻力（表土地压为侧压力），该现象无法解释。
　　（5）在各种沉井正常下沉时，均可在井壁与土层间进行充填，如用炉碴、泥浆、压气等物充填；表明刃脚与井壁（内缩）形成的台阶（约0.3 m宽）空间，围绕井筒而存在。否则，壁后充填都将无法进行。
　　以上各种事实表明，沉井井壁外有一层被压密的土层存在，并形成一个围绕沉井壁而竖立的“压密壳”体。因此，在正常下沉情况下，井壁与土层间都不会直接发生接触和产生摩擦。
　　3.4  沉井刃脚下的应力分布
　　沉井刃脚下沉时，其周围土的受力情况较为复杂，通过实验和数学相结合的，分析如下［6］：
　　（1）若在刃脚尖端作用下，土受垂直集中力P作用，可求得在集中力作用下的半平面体的应力。以集中力P的作用点为极坐标原点（图4），应力与P，r，θ有关，通过推导得：
　　σr=2p/（πr）cosθ        
　　由τγθ=0，σγ=σ1，σθ=σ3=0，按有关公式可求任意方向应力，因此，X，Z方向的应力：
　　σz=2p/πcos3θ/r          
　　σx=2p/πsin2θcosθ/r