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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，對于井壁的受力、變形計(jì)算、破裂預(yù)測以及井壁結(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)常常會用到。計(jì)算時對零部件的力學(xué)模型進(jìn)行合理地簡化十分必要。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)模型的簡化提供新的思路。
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