表土段凍結(jié)壁解凍過程中斜井井壁受力規(guī)律研究.pdf

1、凍結(jié)法鑿井工程中，斜井井壁在凍結(jié)壁解凍過程中的受力情況，歷來是斜井建設(shè)工程的一個(gè)研究盲點(diǎn)。而伴隨著凍結(jié)壁解凍，斜井井壁受溫度場(chǎng)、水分場(chǎng)、力場(chǎng)等多場(chǎng)作用，受力工況復(fù)雜。開展此階段研究工作，對(duì)斜井井壁設(shè)計(jì)、施工大有裨益?；诖耍疚牟捎脭?shù)值模擬與模型試驗(yàn)相結(jié)合的方法，對(duì)表土段凍結(jié)壁解凍過程中斜井井壁的受力規(guī)律進(jìn)行了研究。
　　在數(shù)值模擬計(jì)算中，首先結(jié)合試驗(yàn)裝置建立了平面有限元模型，對(duì)液壓囊加載系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證計(jì)算。并在此基礎(chǔ)上，

2、對(duì)可能影響加載系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了單因素分析。最后，利用順序耦合的方法，對(duì)溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行耦合作用分析，得到了斜井井壁在凍結(jié)壁解凍過程中的受力規(guī)律。研究表明，采用液壓囊、水壓共同加載以達(dá)到封閉空間內(nèi)三軸加載效果的試驗(yàn)方案是可行的。加載過程中，加壓鋼板厚度與土體水平側(cè)壓力系數(shù)取值對(duì)加載效果的影響比較大。凍結(jié)壁在解凍過程中，井壁內(nèi)、外緣關(guān)鍵點(diǎn)的受力基本上都呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)。其中，井壁頂拱內(nèi)緣中心受到的拉應(yīng)力最大，仰拱內(nèi)緣中心發(fā)生的徑向位

3、移最大，此兩點(diǎn)受力在井壁各關(guān)鍵點(diǎn)中處于最不利狀態(tài)。在井壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工過程中，應(yīng)予以著重考慮。
　　在模型試驗(yàn)中，首先通過數(shù)值計(jì)算，確定了鋼質(zhì)模型井壁的尺寸。并利用該模型井壁進(jìn)行了靜水壓加載試驗(yàn)、純地壓加載試驗(yàn)、地壓與孔隙水壓聯(lián)合作用試驗(yàn)以及凍結(jié)壁解凍過程中的井壁受力模擬試驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)，靜水壓力試驗(yàn)中，模型井壁兩端有無圓形鋼頭對(duì)試驗(yàn)中井壁的受力影響微乎其微，實(shí)測(cè)出的井壁環(huán)向應(yīng)變與數(shù)值模擬計(jì)算的結(jié)果基本上完全吻合。純地壓加載試驗(yàn)中，

4、仰拱內(nèi)緣中心的環(huán)向應(yīng)變與頂拱內(nèi)緣中心的環(huán)向應(yīng)變均隨著Y方向荷載pY的增加而線性增大；pY大小一定時(shí)，X方向荷載p X越大，仰拱內(nèi)緣中心和頂拱內(nèi)緣中心的環(huán)向應(yīng)變?cè)叫?。地壓與孔隙水壓聯(lián)合作用試驗(yàn)中，仰拱內(nèi)緣中心的環(huán)向應(yīng)變隨著孔隙水壓的增加而增大，頂拱內(nèi)緣中心的環(huán)向應(yīng)變隨著孔隙水壓的增加而減小。凍結(jié)壁解凍階段加載試驗(yàn)中，模型井壁中的溫度應(yīng)力抑制了頂拱內(nèi)緣中心與仰拱內(nèi)緣中心在凍結(jié)壁解凍過程中受到的孔隙水壓拉應(yīng)力作用，頂拱與仰拱中心環(huán)向應(yīng)變隨著凍