特厚冲积层冻结法凿井冻结壁径向位移特性研究

 为了掌握赵固矿区冻结法凿井冻结壁径向位移特征,采用数显式收敛计法对赵固一矿、二矿六个井筒进行了实测。实测结果表明：冻结壁位移特性可概括为快速增长、稳定增长和急剧增长三个阶段,要保证冻结段安全施工,井帮裸露时间应控制在第24h以内,冻结壁径向位移量控制在50mm以内;冻结壁径向位移速度与井帮温度负温值成反比。该成果对冻结法凿井具有一定的参考价值和指导意义。     

特厚冲积层冻结法凿井井壁位移实测研究

冻结壁径向位移实测是掘砌过程检验冻结壁稳定性的重要依据,而检测控制冻结壁径向位移是防止冻结管断裂和外层井壁压坏的重要措施.为了保证特厚冲积层冻结法能顺利施工,赵固二矿进行了冻结壁径向位移实测.对赵固二矿冻结壁径向位移的实测研究,为防止特厚冲积层冻结法凿井冻结管断裂和外层井壁压坏提供了重要的依据.     

深厚黏土层冻结壁径向位移实测分析与掘进段高调控机制在赵固二矿西风井施工中的应用

通过开展冻结壁位移实测和分析,准确判断冻结壁稳定状态,合理确定冻结掘砌段高和掘砌时间,对保障冻结施工安全具有重要意义。结合赵固二矿西风井704.6m冲积层冻结施工实践,对深部黏土层冻结壁井帮表面和冻结壁内部位移进行实测分析,得到冻结壁位移变化特征;结合冻结壁形成特性实测分析,提出掘砌施工合理段高,并付诸实践,形成了深厚黏土层冻结壁径向位移实测分析与掘进段高调控机制,科学指导了施工。     

基于弹性基础梁理论的冻结壁和冻结管变形与受力分析

冻结段掘砌过程中，冻结管的变形受力位移取决于冻结壁的变形，而施工段附近，冻结壁的变形受力不符合通常按平面问题处理的厚壁筒理论要求。提出了分析施工段附近冻结壁的弹性基础梁力学模型，分析推导出基于弹性基础梁的冻结壁变形位移计算表达式，并通过实例计算与实测结果分析对比，较全面地考虑了冻结壁及中部未冻土的力学性质、冻结壁的几何尺寸、掘砌施工段高、无支承段高、泡沫塑料可缩层、混凝土井壁的支承作用等因素，较好地反映了施工段附近冻结壁的受力和变形情况，并把冻结壁变形和冻结管的弯曲联系起来，为研究冻结管的变形和破坏提出新的计算方法和途径。     

深厚黏土层冻结井筒冻结壁径向位移分析

赵固二矿西风井采用冻结法施工,穿过704.6 m深厚黏土层,冻结管断裂风险较大。井筒掘砌过程中,对冻结壁径向位移进行了实测,并兼顾其他影响因素。结果显示,70个位移监测层位中,共有57%的监测层位位移超过50 mm警戒值。     

基于ANSYS冻结壁径向位移变化规律模拟研究

运用ANSYS软件对深厚冲积层(厚度大于500 m)井筒冻结壁进行数值模拟,系统分析了冻结壁的最大径向位移随开挖支护段高、冲积层厚度和井帮裸露时间的变化规律,得出了最佳开挖支护段高为2 m,冲积层厚度在500 m以下的矿井壁控制在20 h以内施工完成,500 m以上的矿井壁控制在15 h以内完成。数值模拟的结果与现场实测的数据及规律相一致,比较准确地反映了现实工程状况,为类似工程施工提供参考。     

考虑井帮收敛的深井冻结壁塑性设计研究

合理的冻结壁设计是冻结法成功的前提。为了研究井帮位移收敛量对冻结壁厚度设计的影响，采用柱形孔收缩理论，推导出塑性冻结壁和弹塑性未冻地层力学模型的应力、位移完全形式解，建立冻结壁厚度塑性计算公式；采用两种计算公式和数值模拟方法研究工程案例，并验证新公式的正确性；分析了水平地压、冻土的黏聚力与内摩擦角、未冻土的弹性模量与泊松比、未冻土的黏聚力与内摩擦角等参数对井帮变形和冻结壁厚度的影响规律。结果表明：对于完全塑性冻结壁、弹性地层力学模型，考虑井帮位移收敛影响与否，800 m深处冻结壁厚度相差约8.6%,井帮变形量约0.17;在预测千米表土立井井帮变形方面，新计算式具有一定的理论意义与实用价值。     

混凝土水化热对深井冻结壁冻融规律影响的实测研究

 根据冻结井筒大体积混凝土水化热现场实测结果,获得混凝土水化热对冻结壁的影响规律：由于井壁混凝土水化热影响冻结壁融化0.2-0.4m,约为外壁厚度的0.43-0.5倍,重新冻结后产生回冻冻胀力0.45-0.80MPa。结合对实测数据的分析和ADINA有限元程序的数值模拟,得出了冻结壁融化深度与时间的关系曲线,对指导深井冻结壁设计与施工具有重要的指导意义。     

中国冻结法凿井理论与技术综述

介绍中国冻结法凿井60余年发展经历的引进消化、探索改进、完善提高、创新攀高四大阶段,阐述中国在深厚冲积层冻结段井壁结构、井壁用C60~C100高强高性能混凝土、冻结壁设计理论体系、多圈孔冻结工艺、冻结壁形成特性工程预报与调控、冻结壁径向位移实测与掘砌段高调控、冻结段安全快速施工等关键理论与技术成就和现状,这些构成具有中国特色的深厚冲积层冻结法凿井理论和技术体系。还对冻结壁设计理论和发展、井壁结构设计与应用、冻结壁温度场理论与应用技术、深部立井基岩冻结和斜井冻结技术等方向存在的问题进行了展望和建议。     

冻结壁位移计算及冻结施工优化设计

针对两淮地区深冻结井中冻结壁位移过大，造成冻结管断裂的问题，建立数学模型模拟分析冻结壁壁面移分布规律，找出停止掘进时冻结壁壁面移与其影响因素－－段高h，冻结壁厚度B，工作面冻实情况，冻结壁平均温度T，冻结壁暴露时间r，地压P之间的关系，提出了实际掘进过程中冻结壁壁面位移的分段常段高叠加计算方法，在此基础上，得出了冻结壁设计取决于冻结壁面位移时的冻结施工优化设计步骤。     

冻结壁三轴流变变形的模拟试验研究

本文在介绍国内首次研究成功的冻结壁三轴流变试验台上所做的8次大型模拟试验的基础上,分析了冻结壁流变变形与其平均温度、掘进直径、壁厚、暴露段高、地压以及土质等参数的关系。试验获得以下主要结论: 1.流变是冻结壁变形的主要特征,冻结壁设计应按变形极限设计; 2.提高冻结壁强度,减小其变形,主要在于降低温度,增大壁厚; 3.工作面有底臌是造成冻结壁超前位移,加大冻结壁变形的表现; 4.交界处不同土层因温度与形成的厚度有差异,变形也不同,从而导致此处冻结管承受附加弯矩和剪力,故更易发生断管; 5.实验获得了冻结壁变形位移与各参数间的函数式,并为淮南谢桥矿已施工的三个井筒所证实,可作为冻结壁设计的主要参考依据。     

冻结管在冻结壁变形段内的受力计算

研究了冻结管变形受力非线性微分关系，提出了研究冻结管变形受力的基本途径。根据在深表土掘进中冻结壁井帮位移特征，采用复合三角函数曲线逼近挠度曲线近似求解冻结管的内力分布，研究表明，在掘进段附近，冻结管主要作用力是弯矩，并伴有拉伸、剪力的复合作用，存在多处受力峰值。井帮单位高度变形值及冻结管的变形刚度是影响冻结管受力的主要因素。     

混凝土水化热条件下人工冻土墙与内衬结构共同作用研究

研究了在人工冻土墙形成并达稳定温度场分布呈非线性后，基坑开挖并浇注大体积混凝土衬砌时，混凝土水化热对冻土墙温度场及其耦合应力场分布的影响，分析得出了在冻土墙温度场分布改变过程中，其与内衬共同作用应力场的变化规律．内衬混凝土水化热会使其邻近的冻土融化，之后在冻结管冷源的作用下融土又回冻，冻土墙温度场会发生非线性的变化过程；在冻土墙内侧随工况进行自上而下移动的融化区域使围护结构体系的应力场不断的变化，冻土墙内侧所受径向应力增大，内衬的支护作用提高，冻土墙支护性能下降；同时，冻土墙位移趋势加大，内衬支护作用的提高并没有完全遏制冻土墙的位移发展，说明冻土墙是主要的支护结构。     

混凝土水化热对人工冻土墙温度场分布的影响

研究了在人工冻土墙形成并达稳定温度场分布呈非线性后，基坑开挖并浇注大体积混凝土衬砌时，混凝土水化热对人工冻土墙温度场分布的影响，分析得出了受影响区域内冻土墙被融化及重新冻结的过程。在内衬混凝土水化热的作用下，冻土墙温度场会发生非线性的变化过程，沿径向受影响冻土墙上的不同点，温度变化规律是相似的；同时，在冻结管所提供冷源的作用下，解冻的冻土墙部分又会重新冻结。     

钢纤维混凝土弧板井壁结构的力学特性

针对深厚表土层煤矿立井井筒支护难题,提出可适用于冻结井筒外层井壁的钢纤维混凝土预制弧板井壁结构。通过模型试验对该种井壁结构的力学特性进行了研究。结果表明：钢纤维可增强弧板井壁结构的韧性,井壁破坏前钢纤维混凝土环向峰值应变达2 200~2 300 με;钢纤维可改善井壁结构的变形和破坏特征,井壁破坏时的最大径向位移可达20 mm以上。利用试验验证的有限元模型对钢纤维弧板井壁进行了极限承载力影响因素的分析,表明混凝土抗压强度与井壁厚径比是承载力的主要影响因素,而钢纤维掺入量对井壁承载力影响较小。最后建立了钢纤维混凝土弧板井壁的极限承载力经验公式。     

冻结壁融化期间井壁受力变形分析与壁间注浆机理

针对深厚冲积层冻结井筒早期壁间注浆封水效果不好的难题,通过实测数据分析和理论计算对深厚冲积层冻结井筒的冻结壁融化特性、井壁受力变形和壁间注浆机理进行了研究。通过对现场测温孔实测数据分析,得到了不同土层的融冻时间比;通过理论计算表明,在冻结壁完全融化后,外壁的外表面承受着水土压力、内表面作用有壁间水压,在此情况下,外壁内表面径向变形比单独冻结压力作用下的外壁变形要小的多,总体表现为向外反弹;而内壁在壁间水压作用下向内位移,由于内、外壁变形位移方向相反,壁间空隙形成,从而为注浆浆液扩散提供了通道。提出壁间注浆的最佳时机应在冻结壁完全融化、在压力水作用下壁间间隙已经形成、内壁还没有出水前。并给出了具体的壁间水压监测系统,实行了壁间注浆信息化。     

非刚性轴多刀车削成形过程模拟

鉴于目前非刚性轴加工采用单刀车削的问题,为了提高生产率,提出多刀车削成形非刚性轴圆柱表面的数学模型,根据误差敏感方向原理,分析了切削力的径向分量和径向位移,并计算出相应的切削力分量,讨论了切削用量与切削力的关系,建立切削深度的方程和位移方程,最后,以3把车刀切削过程为例进行了模拟,得出了光轴车削过程的规律性。     

特厚冲积层冻结法凿井外层井壁受力实测研究

为解决济西生建煤矿主、副井筒特厚冲积层中冻结法凿井的技术难题，在施工过程中对外层井壁的内、外力进行了实时监测，获得了400m以下深厚黏土层冻结压力的实测数据。通过实测信息反馈，两井筒实现了动态设计和信息化施工。     

某深基坑冻土墙应力与变形的数值计算

对某深基坑冻土墙的受力与变形进行了数值模拟。结果表明：基坑施工中，冻土墙内环向压应力增长显著，是影响其变形与安全的关键因素；冻土墙累计最大侧向位移通常超前出现，施工结束时，最大侧向位移出现在0.7倍基坑深度处，其值约为水土合算计算结果的2倍；基坑施工过程中冻土墙内基本无塑性变形，且不发生非衰减蠕变；冻土墙最大侧向变形处及基岩交界面部位冻结管受力最不利，应加强对上述部位冻结管安全的研究。