斜井軸向凍結(jié)交圈過程中溫度場和凍脹應(yīng)力變化規(guī)律及判定技術(shù)研究.pdf

1、富水砂層凍結(jié)壁的封閉性直接關(guān)系到后續(xù)井筒開挖、井壁澆筑施工的安全性，凍結(jié)壁一旦封閉性不佳，嚴重者可能會引發(fā)涌砂甚至淹井的重大工程事故。采用全深軸向斜孔凍結(jié)模式的斜井如何判定凍結(jié)壁交圈變得尤為重要。對于與水平方向成小角度的傾斜凍結(jié)孔，凍結(jié)器的下放、鹽水的對流換熱等均與豎直凍結(jié)孔存在很大的差異，會造成凍結(jié)溫度場、凍脹應(yīng)力以及交圈判定方法的改變。因此，本論文采用數(shù)值模擬和物理試驗相結(jié)合的方法，基于對富水砂層中沿軸線凍結(jié)的斜井凍結(jié)溫度場和凍脹應(yīng)

2、力變化規(guī)律的研究，提出適用于斜井凍結(jié)壁交圈判定的技術(shù)，為未來斜井凍結(jié)施工提供依據(jù)。
　　首先，開展數(shù)值模擬研究，參照常用斜井井筒參數(shù)設(shè)計凍結(jié)布孔方案，設(shè)定不同的熱應(yīng)變系數(shù)，建立了雙圈管傾斜孔凍結(jié)的三維模型，對典型參數(shù)下斜井凍結(jié)壁位移場、溫度場和凍脹應(yīng)力的變化規(guī)律進行了分析。結(jié)合特征點降溫過程，對特征點凍結(jié)壁交圈前后凍脹應(yīng)力的變化特點進行著重分析。此外，考慮砂土層含水率、埋深、內(nèi)外圈管排距、凍結(jié)時間等因素對凍結(jié)壁位移場和凍脹應(yīng)力的影

3、響開展研究。
　　其次，根據(jù)相似準則，自行設(shè)計開展了雙圈管傾斜孔斜井凍結(jié)工藝性試驗研究。模擬了凍結(jié)管穿過兩個富水砂層的地層條件，對富水砂土層中溫度場、凍脹應(yīng)力、孔隙水壓力的變化規(guī)律進定性的分析，為斜井凍結(jié)壁交圈判定提供依據(jù)。
　　最后，將物理試驗結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果進行定性的對比分析，驗證兩種研究方法的科學(xué)性。結(jié)合數(shù)值模擬和物理試驗對凍結(jié)壁交圈前后溫度、凍脹力和孔隙水壓力的變化規(guī)律，從現(xiàn)有的凍結(jié)壁交圈判定方法、適用性等方面考慮