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大型井壁受力模擬試驗(yàn)系統(tǒng)是以深厚表土內(nèi)井壁破裂問題為工程背景，針對(duì)深厚表土下井壁的受力特點(diǎn)而研發(fā)的大型巖土工程地質(zhì)力學(xué)模擬試驗(yàn)裝置。該試驗(yàn)裝置的研發(fā)是確定深厚表土不穩(wěn)定地層內(nèi)井壁界面剪切本構(gòu)關(guān)系和強(qiáng)度準(zhǔn)則的重要試驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)于井壁的受力、變形計(jì)算、破裂預(yù)測(cè)以及井壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
裝置需模擬的試驗(yàn)對(duì)象為巖土工程結(jié)構(gòu)，其受力狀況較為復(fù)雜，模型試驗(yàn)裝置可以比較全面真實(shí)地模擬各種復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造，并從中發(fā)現(xiàn)一些新的力學(xué)現(xiàn)象和規(guī)律，為建立新的理論和數(shù)學(xué)模型提供依據(jù)。大量的工程實(shí)踐證明，地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)方法是研究大型巖土工程問題，特別是地下工程問題的一種行之有效的方法。
由于試驗(yàn)裝置需模擬的載荷非常大，為了保證試驗(yàn)系統(tǒng)的可靠性，需對(duì)其主要的零部件進(jìn)行相應(yīng)的力學(xué)分析。在設(shè)計(jì)過程中為了降低成本，減少零部件的厚度，設(shè)計(jì)相應(yīng)的肋板結(jié)構(gòu)來提高零部件的強(qiáng)度和剛度，因此在模型試驗(yàn)或壓力容器的設(shè)計(jì)中，帶肋板的結(jié)構(gòu)常常會(huì)用到。計(jì)算時(shí)對(duì)零部件的力學(xué)模型進(jìn)行合理地簡(jiǎn)化十分必要。以單層井壁受力模擬試驗(yàn)裝置為例，該系統(tǒng)主要零部件包括新型組合式加載油缸、承載筒體、底座、下部推力油缸、上部推力油缸等。其中承載筒體不僅要承受均勻的徑向內(nèi)壓，還受到來自上、下連接件通過法蘭帶來的垂直方向的拉伸應(yīng)力，因此承載筒體處于復(fù)雜的三向應(yīng)力狀態(tài)，且其四周又均布了密集的縱橫向肋板，結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。需要根據(jù)彈性力學(xué)理論，對(duì)其力學(xué)特征進(jìn)行分析，為該類零部件結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定提供理論依據(jù)。
所設(shè)計(jì)構(gòu)建的大型井壁受力模擬試驗(yàn)裝置的承載筒體零件的力學(xué)建模，根據(jù)彈性力學(xué)理論，對(duì)其力學(xué)特征進(jìn)行分析。為降低成本、減小筒體厚度，設(shè)計(jì)時(shí)將承載筒體周圍布置密集的縱向和橫向肋板，以增加筒體的強(qiáng)度和剛度。針對(duì)帶縱橫向肋板的圓管結(jié)構(gòu)，以大型井壁受力模擬試驗(yàn)裝置中承載筒體為例，將肋板隔開的曲面單元簡(jiǎn)化成四邊固定受均布載荷的矩形平面彈性薄板，運(yùn)用彈性薄板小撓度理論對(duì)筒體進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，建立承載筒體的應(yīng)力公式及變形量公式，為該類結(jié)構(gòu)的筒體厚度計(jì)算提供理論依據(jù)，也為帶肋板結(jié)構(gòu)的零部件力學(xué)模型的簡(jiǎn)化提供新的思路。
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