非均质厚冻结壁的黏弹性径向分层计算模型

介绍考虑冻结壁径向非均匀的黏弹性分层计算模型,计算结果表明：冻结壁环向应力随着径向温度场变化,在冻结管圈径位置出现突变点,这和均质冻结壁的计算结果明显不同;冻结壁径向应力由内到外非线性增加,并逐渐过渡到水平土压力。考虑径向非均质条件,井帮的径向变形较均质冻结壁小25％～30％,可充分发挥冻结壁的承载和变形性能,有效减小...     

非均质厚冻结壁的黏弹性径向分层计算模型

介绍考虑冻结壁径向非均匀的黏弹性分层计算模型,计算结果表明:冻结壁环向应力随着径向温度场变化,在冻结管圈径位置出现突变点,这和均质冻结壁的计算结果明显不同；冻结壁径向应力由内到外非线性增加,并逐渐过渡到水平土压力.考虑径向非均质条件,井帮的径向变形较均质冻结壁小25％～30％,可充分发挥冻结壁的承载和变形性能,有效减小...     

卸载状态下与周围土体共同作用的冻结壁力模型

基于冻结壁处于卸载状态这一客观事实,提出“卸载状态下冻结壁－周围土体共同作用”的冻结壁力模型。卸载状态用解除应力的等儿应力替代岩土原始应力来表达。在此基础上,导出了周围土体和冻结壁弹塑性区应力、应变状态的解析表达式,并得到冻结壁外载的计算公式和确定塑性区大小的方程。该模型从本质上反映了冻结壁的卸载状态及其对周围土体的共同作用。     

深厚表土层非均质冻结壁黏弹性分析

建立了符合深厚表土层多圈管冻结凿井的非均质冻结壁力学模型。基于黏弹性理论和Newton-Cotes数值积分法,推导了非均质冻结壁应力场和位移半解析表达式,并对非均质和均质冻结壁进行验算。结果表明,非均质和均质冻结壁径向应力分布规律基本一致,径向应力绝对值由内到外非线性增加;均质冻结壁环向应力绝对值由内到外非线性减小,非均质冻结壁环向应力在内外圈冻结管圈径处会形成明显突变点;非均质和均质冻结壁径向位移由内到外均非线性衰减;井帮径向蠕变位移速率随时间增加呈先快后慢趋势,并逐渐趋于稳定;同一时刻相同位置处,非均质冻结壁径向蠕变位移比均质冻结壁大。     

卸载状态下深埋黏土层冻结壁与周围土体共同作用理论研究

根据Mises屈服准则、冻土的流变理论及偏张量虎克定律,推导出了卸载状态下考虑冻结壁-周围土体共同作用的非线性黏弹塑性冻结壁的应力场和位移场的解析表达式,并得到了冻结壁外载和接触应力的计算公式以及确定黏塑性区大小的方程。结合工程实例,分析了冻结壁外荷载、接触应力、黏塑区、径向位移的发展规律,得到：① 冻结壁承受的土体压力小于土体的原始水平应力;② 地压较大时冻结壁开始产生黏塑区和黏塑区扩展到外部边界的时间极短;③ 黏塑区范围越大,径向位移随时间的变化越剧烈,黏塑性变形是导致冻结管断裂的主要原因。该模型能更好地反映冻结壁力学性质的本质。     

卸载条件下二向不均等地应力场中圆形冻结壁弹性应力分析

为获得二向不均等地应力场中圆形冻结壁的受力变形规律,考虑开挖卸载工况,建立了冻结壁与围岩相互作用弹性力学模型,推导并用有限元软件验证了其解析解,且与传统加载模型进行了对比。着重分析了冻结壁内缘环向应力与径向位移的分布情况及其与各影响因素间的关系。研究表明:加载模型较本文卸载模型计算结果总体偏大;在冻结壁与围岩弹性模量的比值β较小时,考虑其相互作用可有效减小冻结壁的应力与位移;若地应力均匀系数λ较小,冻结壁内缘会出现环向拉应力,不利于其承载能力的发挥;卸载率、β、λ、冻结壁内外半径比均对冻结壁的应力、位移有较大影响,而泊松比的影响相对较小。本文计算模型能较真实地反映冻结壁的受力变形情况,研究成果对冻结壁的设计与施工具有一定的指导作用。     

基于复变函数的圆形水平冻结壁弹性分析与设计

为了获得非均匀荷载作用下圆形水平冻结壁与围岩的应力-位移场分布规律,考虑冻结壁与围岩相互作用及开挖卸荷作用,建立了符合实际施工情况的水平冻结壁弹性力学模型。利用复变函数方法,推导出弹性冻结壁与围岩的应力和位移解析解;讨论了基于Tresca和Mises准则的冻结壁厚度设计方法。结果表明：弹性模量比(β)、冻结壁外内径比(ξ)和侧压力系数(λ)对冻结壁与围岩的应力和位移变化影响显著;冻结壁内外缘环向应力差及45°方向最大剪应力与β正相关;β与ξ交互影响冻结壁应力和位移,β越大,ξ影响越显著,ξ>2.4后,β、ξ影响均不显著;0.4<λ<2.4时,冻结壁处于完全受压状态;β越大,围岩作用越弱,冻结壁厚度设计越大,Mises准则条件下冻结壁设计厚度比Tresca准则下小。     

冻土单轴蠕变特性下冻结壁的受力与位移分析

基于冻结壁在卸载状态下冻结壁-周围土体共同作用的力学模型,利用冻土蠕变时的本构方程,模拟弹塑性力学的平面应变模型,分析人工冻结壁在井筒短段掘砌开挖过程中的力学特性,并推导出冻结壁的厚度计算公式。通过对实际工程的分析计算验证,该计算方法可应用于冻结壁的设计计算。     

人工多圈管冻结模型试验研究

通过对室内人工多圈管冻结模型试验的研究,得出了三圈管冻结壁交圈时间约为58 d,并获得了冻结壁温度场形成与发展的规律.在冻结初期,受冻结管冷量影响,径向土体温度差别较大;而在冻结后期,径向土体温度呈良好二次抛物线分布.根据冻结壁应力场的分布规律,得出:实际冻结压力可达3～4 MPa,冻结应力主要积聚于内圈管与中圈管之间.     

非均质冻结壁弹塑性应力分析及壁厚的计算

由冻结温度场所确定的冻结壁力学性质表现为显著的非均质性。从这一力学特征出发,本文给出了非均质冻结壁弹性应力分布的解析解,并进一步探讨了非均质冻结壁的弹塑性应力状态。算例表明,在弹性条件下进行冻结壁的设计是不合理的,只要允许冻结壁一小部分进入塑性状态,冻结壁的承载能力将大大地提高。本文为合理地进行冻结壁设计提供一种理论依据。     

圆形水平冻结壁弹性设计理论

针对目前水平冻结壁设计中存在的不足,在考虑冻结壁内侧岩土体开挖卸荷作用的情况下建立了圆形水平冻结壁与围岩相互作用弹性力学模型,得到了其应力、位移解析解,着重分析了冻结壁内缘的受力情况,并基于不同屈服准则建立了冻结壁厚度的计算公式,分析了各因素对冻结壁厚度的影响。研究结果表明:考虑与围岩相互作用可有效降低水平冻结壁厚度,相互作用越强,厚度越小;冻结壁厚度随水平侧压力系数增大而减小,随其埋深增大而增大,与此相比,泊松比的影响可忽略不计;考虑到冻土为摩擦型材料,建议计算时采用Mohr-Coulomb屈服准则。     

多排管直线冻土墙平均温度的等效梯形计算方法

为了确定多排管冻土帷幕的平均温度,进而确定冻土的力学参数和冻土帷幕的承载能力,为冻土帷幕的安全状态作出评价,介绍了基于巴霍尔金解析解的双排管冻土帷幕平均温度模型,并对该方法进行了适当的简化.以此为基础,采用拼接计算的方法, 推导得出在多排管冻结下计算直线形冻土帷幕平均温度的一种等效梯形方法.     

直线双排管冻结壁平均温度的等效抛物弓形模型

在双排管冻结壁温度场的巴霍尔金（Бахолдин）解析解和考虑地层实际冻结温度时该解的修正解的基础上,建立了一种双排管冻结壁的平均温度解析计算模型--等效抛物弓形模型。该模型以冻结壁某一横截面厚度上的等效抛物弓形法计算的平均温度来等效整体冻结壁的平均温度。在实际工程中可能出现的冻结管平面布置参数变化范围内全面考察了冻结壁平均温度等效抛物弓形计算结果与依据巴霍尔金解析解数值积分计算结果的误差以及误差规律。结果表明,等效抛物弓形计算的冻结壁平均温度误差较小,具有足够的工程精度。     

基于冻结器内纵向测温的冻结壁薄弱点精准定位技术

人工地层冻结温度场研究是掌握冻结壁发育状况的必要手段,通常以测温孔的实测数据来推算冻土圆柱的有效冻结半径,进而预测冻结壁交圈时间,但该方法易出现局部冻结壁监测盲区。为准确判断冻结壁整体闭合情况,通过对冻结器进行纵向测温,建立了短时停冻后的单孔冻土柱瞬态数学计算模型,借助Maple数学计算软件将复杂公式数字化,揭示了冻土柱半径与回路盐水温度、停冻时间的关系。最后以中国东庞矿西庞风井作为工程案例,通过对各个冻结器内纵向温度数据的计算分析,确定了冻结壁的薄弱位置,为冻结壁“窗口”出水事故的处理提供了理论依据。     

大流速地下水作用下冻结法凿井单圈冻结孔优化布置方法研究

为了解决大流速地下水作用下单圈冻结管形成的冻结壁不易交圈或交圈时间延长等工程问题,针对地下水对人工冻结温度场的作用特点,采用在水流上游位置加密布置冻结管的方法对常规冻结方案进行优化设计。基于表观热容法构建了水热耦合数学模型,并通过大型物理模型试验对数学模型的合理性进行了验证。基于该数学模型并结合淮南某矿冻结方案的设计参数,通过数值计算对7种优化方案的优化效果进行了分析。结果表明：在较大流速的地下水作用下,冻结管布置圈的上游位置的冻结效果是影响整个冻结壁交圈时间以及厚度的决定性因素,对上游位置的冻结管进行加密处理后,缩小了相邻冻结管之间的间距,增加了上流区域的冷量供应,从而缩短了上游区域的冻结壁的交圈时间,进而提高了整个冻结壁的冻结效率。当加密的角度为105°,冻结管的间距缩小至1m时,冻结交圈的最大流速达到13m/d,较优化前(8m/d)提高了62.5%,并且对应相同的冻结时间,优化后的冻结方案形成的冻结壁的厚度明显大于优化前。     

管壁温度非恒定条件下单管冻结温度场解析计算

With the combination with the similar theory and analytic calculation, the single tube freezing problem under the surface temperature non-constant condition of the freezing tube was fully studied. The ...     

越江隧道联络通道冻结法数值计算

建立了越江隧道、冻结体及周边土体相互影响的有限元计算模型.对联络通道冻土体的受力、变形及冻土壁对隧道衬砌的影响进行了综合分析,为冻结壁的设计、控制冻结对周围环境的影响等提供定量依据,验证了冻结施工方案的可靠性.通过现场实测冻土冻胀应力、隧道变形,验证了数值模拟的计算结果.