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大型井壁受力模擬試驗系統是以深厚表土內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而研發(fā)的大型巖土工程地質力學模擬試驗裝置。該試驗裝置的研發(fā)是確定深厚表土不穩(wěn)定地層內井壁界面剪切本構關系和強度準則的重要試驗平臺，對于井壁的受力、變形計算、破裂預測以及井壁結構設計，具有重要的理論和現實意義。
裝置需模擬的試驗對象為巖土工程結構，其受力狀況較為復雜，模型試驗裝置可以比較全面真實地模擬各種復雜的地質構造，并從中發(fā)現一些新的力學現象和規(guī)律，為建立新的理論和數學模型提供依據。大量的工程實踐證明，地質力學模型試驗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。
由于試驗裝置需模擬的載荷非常大，為了保證試驗系統的可靠性，需對其主要的零部件進行相應的力學分析。在設計過程中為了降低成本，減少零部件的厚度，設計相應的肋板結構來提高零部件的強度和剛度，因此在模型試驗或壓力容器的設計中，帶肋板的結構常常會用到。計算時對零部件的力學模型進行合理地簡化十分必要。以單層井壁受力模擬試驗裝置為例，該系統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力，因此承載筒體處于復雜的三向應力狀態(tài)，且其四周又均布了密集的縱橫向肋板，結構更加復雜。需要根據彈性力學理論，對其力學特征進行分析，為該類零部件結構參數的確定提供理論依據。
所設計構建的大型井壁受力模擬試驗裝置的承載筒體零件的力學建模，根據彈性力學理論，對其力學特征進行分析。為降低成本、減小筒體厚度，設計時將承載筒體周圍布置密集的縱向和橫向肋板，以增加筒體的強度和剛度。針對帶縱橫向肋板的圓管結構，以大型井壁受力模擬試驗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，運用彈性薄板小撓度理論對筒體進行強度計算，建立承載筒體的應力公式及變形量公式，為該類結構的筒體厚度計算提供理論依據，也為帶肋板結構的零部件力學模型的簡化提供新的思路。
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