沉井地压——一种特殊表土地(4)
2013-09-27 01:04
导读：zx=2p/sincos2/r （10） 因是无因次量，故应力分量是1/的函数，又是的函数。r越大，应力越小。集中力P作用线上应力最大，向两侧逐渐减小。 垂直线上的应力
τzx=2p/πsinθcos2θ/r （10）
因θ是无因次量，故应力分量σγ是1/γ的函数，又是θ的函数。r越大，应力σγ越小。集中力P作用线上应力最大，向两侧逐渐减小。
垂直线上的应力随深度变化，愈深愈小，因而在垂直与水平方向上，土体受力被压缩。
（2）在刃脚下沉过程中，周围的土中应力变化，可按三角形荷载作用下半面体的应力计算：
根据公式可得出不同深度Z/b与不同位置X/b，在三角形荷载下的应力σZ/P值。
3.5 压密壳与土压力
沉井下沉，井筒最前端的刃脚对其周围土层施力，在力的作用下，土被挤压和压缩，土中应力应变发生改变。土中发生动水过程，水分被挤出，孔隙减少，土被压实和移动变形（弹性变形并伴随永久变形），若达到土的抗剪强度，土产生相对滑动，若强度破坏点越来越多，则形成滑动面，使压实土体滑动分离，逐渐形成“压密体”和“压密壳”体。
刃脚垂直剖面为三角形，一般刃脚高3-8 m，夹角30°左右。刃脚与井壁相连，井壁外侧向内收缩0.3 m左右，形成一台阶空间，因而使井壁与土层“压密壳”间形成一空间，压密壳环绕井壁而立。因此，在一般正常下沉情况下，井壁是不会与土层发生接触和摩擦的。
通过上述分析知道：沉井在正常下沉过程中，将不会受到地压（主动土压力）的作用（除了产生涌砂，突水，壁外充填被破坏；或沉井偏斜过大等不正常情况外）；而只是在刃脚部份受到被动土压力的作用。
4、竖井表土地压与沉井地压
在竖井表土（散体）地压的计算公式中，人们把垂直巷道内的支架，看作是承受围岩（土）方面的主动压力的挡土墙，而不论这些支架（竖井井筒）处于何种状态——是静止还是移动的。这与我国长期接受和采用普氏、秦氏等人的观点与理论有关，因此，当有不同的看法与论点，例如，笔者撰写的“水力机械化料石沉井侧面阻力计算”（1961年毕业论文，和［7］，［8］），认识到“沉井刃脚的侧面压力是被动土压力”，均未引起注意。同时，在矿山岩石力学教材中，也很少介绍被动土压力的有关知识。
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应当指出，沉井井筒在表土层中下沉，不是静止的，井筒不断下沉，井筒前端的刃脚要压迫土体，挤压土体和受到土的被动土压力的作用；并形成“压密壳”体围绕井筒而立。在正常下沉情况下，沉井不会受到地压（主动土压力）的作用。我们知道：被动土压力和主动土压力（地压），两者无论在质和量上都是不相同的，两者有较大的差别：“在一般表土层中，被动土压力较地压（主动土压力）要大几倍，且其与深度的关系也较密切”［8］。为了区别，我们把沉井井筒（刃脚）所受的被动土压力称之为沉井地压。
5、结 语
（1）沉井地压是竖井表土地压现象中的一种特殊地压形式，它无论在作用方式以及性质和数量上都与竖井表土地压是不相同的，而且有很大差别。
（2）沉井井壁外“压密壳”的形成，为正常下沉时，实施炉碴、泥浆、压气等减阻措施提供了空间，并起到平衡地压的作用。只有在出现涌砂、突水、压密壳破坏等异常情况下，才可能产生地压（主动土压力）作用。
（3）沉井地压的提出，改变了有关沉井的认识和计算，有助于岩石力学地压理论的和探讨。
（4）沉井施工法，不仅在煤炭上得到，还应用于、桥梁、建筑、地铁等的施工中，因此，对沉井地压的研究，不仅有理论意义，还有施工的价值。
文献：
［1］ 李通林，等。矿山岩石力学［M］。重庆：
重庆大学出版社，1991.177-179.
［2］ 秦巴列维奇。矿井支护［M］。北京：煤炭工业出版社，1953.98-696.
［3］ 陈希哲。土力学地基基础。第二版［M］。北京：
清华大学出版社，1995.120-138.
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［4］ 余力，马英明。特殊凿井法的与展望［R］。徐州：矿业学院，1982.1-5.
［5］ 余力。泥浆淹水深沉井新工艺［J］。建井动态，1983.1（1）：16-17.
［6］ 华安增。矿山岩石力学基础［M］。北京：煤炭工业出版社，1980.93-103.
［7］ 王祥厚。静载沉井侧面阻力公式的探讨［R］。贵阳：贵州工学院，1979.1-20.
［8］ 中国矿业学院沉井科研组。沉井外力和内应力实测及应用［J］。煤炭技术，1978，2（8）：36-39.
