基于流固耦合理论的煤矿立井井壁突水机理分析

将煤矿立井混凝土井壁视为多孔介质,考虑地下水渗流作用的影响,应用统一强度理论和弹塑性损伤力学模型,推导出立井混凝土井壁弹性区和塑性损伤区应力的解析表达式,以及井壁承受的地下水压与塑性损伤区半径之间关系的解析表达式。同时绘制了不同的φ(混凝土孔隙率)和λ/E(混凝土损伤后的降模量与弹性模量之比)值与井壁承受水压p0和塑性损伤区半径c之间的关系曲线。研究结果表明:在井壁几何尺寸和混凝土强度等级不变情况下,不考虑地下水渗流对井壁的影响时(φ=0),井壁能够承受的临界水压p0c为31.9 MPa;当φ取0.4时,p0c为15.1 MPa,井壁能够承受的临界水压下降了52.7%。当λ/E取0.5时,p0c为30.5 MPa;当λ/E取2.5时,p0c为18.6 MPa,井壁能够承受的临界水压下降了39.0%。由此可见,在考虑地下水渗流对井壁影响的情况下,地下水渗流效应和混凝土损伤软化对井壁能够承受的临界水压p0c影响十分显著,井壁能够承受的临界水压随着混凝土孔隙率φ和混凝土损伤后的降模量与弹性模量之比λ/E的增加而减小。