在特厚冲积层采用冻结法凿井时,井壁受力条件十分复杂。施工期,外壁将要受到强大的冻结压力作用;解冻后,内层井壁将要承受高水压作用。特别是高强度混凝土的水化热大,井壁厚水化热温度高,极易造成井壁产生温度约束裂纹,从而给深立井井筒的防治水工作带来难题。为此,本论文针对丁集煤矿第二副井的工程条件,进行了特厚冲积层冻结井筒混杂纤维混凝土井壁结构试验研究。首先,在优选原材料的基础上,通过三因素三水平的正交试验,获得了冻结井壁混杂纤维混凝土最佳配合比,并对其相关性能进行了试验研究,同时辅以微观分析,结果表明混杂纤维的掺入虽未对混凝土抗压强度带来提升,但对抗拉性能提升显著,其劈裂抗拉强度提高达41.88%,此外混杂纤维对混凝土抗裂防渗性能的改善显著。其次,依据冻结井壁混杂纤维混凝土的试验研究结果,并同时考虑井壁结构厚径比的影响,利用有限元分析软件ANSYS对井壁结构模型进行了数值分析,揭示了井壁结构的受力特性和破坏机理,并根据计算结果,拟合得到了该种新型井壁结构的极限承载力经验计算公式。然后,在数值模拟基础之上进行了优化组的井壁结构相似模型试验,得到了井壁结构模型在均匀荷载作用下的极限承载力,结果表明混杂纤维组的井壁结构极限承载力有所提升,与基准组相比最大增幅为8.71%。通过井壁结构的破坏形态分析,表明混杂纤维混凝土井壁结构具有显著的韧性特征,克服了高强混凝土的脆性缺陷。并利用模型试验结果验证了数值模拟拟合的极限承载力经验公式。最后,在考虑井壁结构中混凝土抗压强度提高系数基础上,提出了该种井壁结构壁厚设计优化公式,结果表明利用数值模拟得到的井壁混凝土抗压强度提高系数可有效减薄井壁厚度。其中在深度500m层位的井壁厚度在优化后为1.082m,相较常规设计的井壁壁厚减薄约32.75%。综合研究表明,混杂纤维混凝土井壁结构提高了冻结井壁结构的韧性和抗裂性能,并可明显改善普通高强井壁结构的脆性大缺陷,可以用于解决煤矿特厚冲积层冻结井壁混凝土开裂渗漏水难题。图43 表31 参93