基于与围岩相互作用的冻结壁弹塑性设计理论

冻结壁设计理论是冻结法凿井技术的核心之一。传统的冻结壁厚度弹塑性设计公式在冻结壁与围岩的弹性模量之比小于10时有较大的误差。为了更合理地设计冻结壁,建立了考虑开挖卸载作用的冻结壁与围岩相互作用弹塑性力学模型,推导了应力与位移解析解,建立了新的弹塑性冻结壁厚度计算公式,分析了各因素对冻结壁厚度的影响规律。分析表明,新公式较传统的多姆克公式更合理,并建议选用Coulomb-Mohr屈服准则进行冻结壁厚度计算。     

基于与围岩相互作用的冻结壁塑性设计理论

冻结壁设计理论是冻结法凿井技术的核心之一。传统的冻结壁厚度塑性设计公式是在加载条件下导出的,未考虑冻结壁与围岩的相互作用和内摩擦角的影响,与实际相差较大。为了更合理地设计冻结壁,建立了考虑开挖卸载作用的冻结壁与井壁相互作用塑性力学模型,推导了应力与位移解析解,分析了各因素对冻结壁厚度的影响规律,建立了新的塑性冻结壁厚度计算公式。分析表明,新公式较传统的公式更合理,并建议选用Coulomb-Mohr屈服准则进行冻结壁厚度计算。     

考虑大变形特征的超深冻结壁弹塑性设计理论

冻结法是深厚不稳定、含水地层中最主要的凿井方法,冻结壁设计理论是冻结法凿井的技术核心之一。以往的深井冻结壁(表土层厚度超过400 m)设计理论忽略冻结壁变形对其尺寸、位置的影响,既偏于不安全,又低估开挖土方量。为了考虑超深表土层内大变形的影响,采用有限应变推导出变形前冻结壁的开挖半径与有效厚度的求解公式,建立冻结壁厚度设计新理论;与数值计算结果对比,分析了地应力、冻土黏聚力、冻土内摩擦角、弹性模量等参数对冻结壁厚度与井帮位移的影响。结果表明:新理论既能解决小变形问题,又能解决大变形问题,忽略弹性应变的理论公式能适用于应变达0.15的大变形情况,新理论还能准确地计算开挖土方量,为超深表土层冻结壁设计提供理论参考。     

基于统一强度理论的有压巷道覆盖岩层厚度计算

基于统一强度理论对有压巷道围岩应力进行了弹塑性分析,通过控制塑性区半径,推导出有压巷道覆盖岩层最小厚度的计算公式,当考虑不同中间主应力的影响时,用该公式可计算出一系列的覆盖岩层厚度;在实际工程中可以根据岩石性质试验确定中间主应力参数,得出合理的覆盖岩层最小厚度,从而合理地设计巷道。分析结果表明：该公式考虑了拉压强度差效应和中间主应力的影响,可以退化为其他围岩条件或其他强度理论条件下的覆盖岩层厚度的计算公式,具有较强的实用价值。     

基于统一强度理论冻结壁应力场和位移场研究

采用统一强度理论,将冻结壁视为无限长空间轴对称弹塑性厚壁圆筒,对冻结壁进行弹塑性分析,推导了冻结壁的弹性极限荷载、弹塑性径向位移场、应力场和塑性极限荷载.将理论计算结果与文献工程实例实测数据作了比较,结果吻合较好,验证了理论公式的正确性.并进一步分析了塑性极限荷栽Pp与粘聚力c之比,与强度理论参数b、内摩擦角ψ和内、外半径之比re/ri之间的关系.该结果为冻结壁的设计提供了一定的理论依据,对工程设计有一定的参考价值.     

特殊地层冻结壁的设计与控制

以具体工程为例,对冻结壁的设计参数作了分析研究,并依据实际施工情况,探讨了合理控制冻结壁发展厚度的方法,指出通过合理设计冻结壁厚度和钻孔布置方式,动态的调节开机参数,保证了井筒的施工安全。     

地铁联络通道冻结壁厚度计算方法研究

冻结帷幕厚度是人工地层冻结设计的关键部分,是确定其他冻结参数和施工机械的基础,对地下工程的顺利掘进有决定性影响.论文依托北京地铁19号线草桥站—右安门外站区间联络通道冻结工程,采用结构力学理论,基于强度控制法计算冻结壁的厚度,并采用冻结管挠度限值进行冻结壁变形验算.研究结果表明,满足强度要求的联络通道冻结壁设计厚度为2...     

杨村煤矿副井冻结壁求解结合ANSYS软件数值模拟

冻结壁是凿井工程的核心,其强度和稳定性关系到工程的成败和经济效益。本文选取杨村煤矿副井特殊层位440 m,将该层位冻结壁厚度和冻结壁平均温度通过国内外公认的一些经验公式计算出来,然后通过ANSYS软件数值模拟,求出杨村煤矿副井440 m层位冻结壁厚度,冻结壁平均温度,将两者进行对比,达到相互校核的目的,对日后工程实践中对冻结壁数据的可靠性有一定的指导和借鉴意义。     

深冻结壁时空设计理论

关系到冻结法成败的冻结壁设计理论和公式，经历了由弹性、弹塑性到流变体假设过程，相对应，经历了无限长厚壁圆筒静态理论、动态理论和有限长厚壁圆筒准动态理论。事实证明无限长厚壁圆筒静、动态理论（包括弹性体、弹塑体和流变体）不符实际情况，是深冻结井中事故发生的主要原因之一。而有限长厚壁圆筒准动态理论虽比较符合实际情况，但其中温度和时间因素没有分离而作为一个变量在公式中，也没考虑冻结管变形因素。本文以我国近２０年冻结施工及冻土力学研究成果为基础，提出了以冻结壁（冻结管）变形极限为准则的各变量分离的深冻结壁时空设计理论及公式，它有别于传统的设计理论及观念，其合理性在实践中被证实。     

渗流作用下富水砂层双排管冻结壁形成规律模型试验研究

针对渗流地层中冻结壁长时间不交圈的难题,根据多孔介质传热理论与达西定律建立渗流场与冻结温度场耦合控制方程,得出两者相互作用机制;基于相似理论,建立渗流作用下梅花型布置双排管冻结模型试验系统,对渗流地层中冻结壁形成的主要影响因素进行正交试验研究,并在相同条件下进行单排管冻结对比试验。研究结果表明:双排管冻结时,地下水流速是影响上游冻结壁厚度的首要因素;孔间距是影响冻结壁交圈时间的首要因素;盐水温度是影响下游冻结壁厚度与冻结壁平均温度的首要因素;在本试验条件下,地下水流速5～25 m/d时,双排管冻结时上、下游冻结壁较单排管冻结时分别增厚62.6%～151.8%,3.7%～33.8%;交圈时间缩短7.1%～91%,冻结壁平均温度降低了12.1%～103.9%;并对冻结壁交圈时间与地下水流速之间进行非线性回归,得出冻结壁在不同条件下能交圈的极限流速;最后提出渗流作用下冻结工程对策,为类似冻结工程设计施工提供参考。     

竖井冻结壁形成过程的光滑粒子法模拟

土体在冻结管作用下的冻结过程会涉及到相变潜热释放问题,准确描述冻结管周边的温度分布特征及冻结锋面移动规律对确定冻结壁的厚度和安全合理设计有重要意义。光滑粒子算法作为一种拉格朗日型无网格粒子方法以其独特的优势,已成功地应用于多种类型工程科学问题的求解。基于光滑粒子法编写了相应的计算程序并尝试着求解相变导热问题,通过一个简单的具有解析解的算例验证了其实用性和可靠性,从而给出求解此类问题的一种新的求解思路,并拓展了光滑粒子法的应用范围。最后针对煤矿井筒建设中冻结壁成形过程进行数值分析,计算了单圈等间距设置冻结管时的温度场的分布演化特征,比较了热物理性质不同的两种土体介质在相同冻结条件下的冻结效果,重点分析了采用不同交错布孔方案对冻结壁成形过程的影响,从而为工程设计提供一定的依据。     

外层井壁、冻结壁、泡沫板共同作用机理研究

基于粘弹性理论,建立一个适用于深厚冲积层的考虑冻结壁、外层井壁、泡沫板共同作用的粘弹性计算模型,模型中同时考虑了冻结壁的蠕变变形。导出了冻结壁黏弹性流变方程;并基于冻结壁、泡沫板和外层井壁之间的作用机理以及泡沫板压缩特性,推导出考虑泡沫板影响的辅助方程并应用于冻结壁黏弹性流变方程,从而得到冻结压力与井帮位移的关系式。     

冻土断裂力学在挡墙基础稳定性分析中的应用

讨论了冻土断裂力学在挡墙基础强度及稳定性分析中的应用 ,讨论了实际工程问题的简化方法 ,给出了冻土断裂力学判据 ;给出了应用实例 ,并与传统的强度设计及稳定性问题进行了计算比较 ;指出冻土断裂力学是对传统设计和计算方法的完善和补充 ;讨论了冻土断裂力学在未来工程设计计算中的应用前景及其作用     

深基坑维护中冻土墙厚度的计算

 根据冻土墙的受力特点, 将冻土墙作为一弹性薄板受力计算模型, 应用弹性能量法并考虑冻土的流变特性得出冻土墙厚度的计算公式。利用上海淤泥质粘土资料进行了计算与分析, 得出冻土墙厚度与暴露时间及跨度的关系。     

深部土层失水变形时土与井壁相互作用试验与理论研究

介绍了用高压直剪仪和三轴伺服仪测定大埋深土与井壁相互作用试验方法 ,得到了土与井壁相互作用剪应力 -位移曲线、单位刚度系数和强度等参数。结合试验结果 ,分析了深部土层失水变形时 ,土与井壁接触带相互作用深部为塑性浅部为弹性的变形特点。建立了土与井壁相互作用理想弹塑性分析模型 ,得到了计算井壁附加竖直位移、应变和附加应力的解析公式 ,并讨论了其随深度和深部土层压缩量等因素变化的规律。最后给出计算实例 ,说明了理论研究的实用性     

特厚黏土层多圈孔冻结壁温度场实测研究与工程应用

中国国内冻结法凿井通过冲积层的厚度已突破500 m接近了600 m,收集了前10个井筒的多圈孔冻结方案和施工资料,对其中赵固一矿2个特厚黏土层冻结井,开展了多圈孔冻结壁温度场实测。分析前期冻结井存在浅部片帮、深部冻实、冷量浪费、掘进速度慢的问题。主要原因是设计的冻结壁过厚、冻结孔布置圈径不适应,中圈孔过多、内圈孔过深,中、内圈交汇后冻土向内侧扩展速度过快,主冻结孔布置在中圈冻结期间调控能力差。研究提出冻结壁厚度计算和相匹配的3圈孔冻结,以外圈为主冻结孔、中圈辅助孔、内圈防片帮孔的布孔方法,在赵固二矿3个530 m的特厚黏土层冻结井应用,有效解决了冻结与掘砌的矛盾,技术经济效益大幅提高。     

冻砂土损伤本构模型及应用研究

采用单轴压缩的试验方法对深部冻砂土的损伤特性进行系统的试验研究,得出深部冻土在受荷条件下的应力-应变曲线。应用损伤理论推导出冻土本构方程,并推导出考虑土体损伤的冻结壁应力场计算公式。从理论上更加完善,可以为深井冻结壁计算提供参考。