多圈管凍結(jié)壁內(nèi)部凍脹應力的形成特性研究.pdf

1、隨著我國對煤炭能源的需求不斷增大，一大批大型、特大型煤礦隨之新建，這些新建礦井大多需要穿越深厚松散表土地層。為此，凍結(jié)法鑿井過程中出現(xiàn)了一系列例如凍結(jié)深度越來越大、凍結(jié)壁厚度越來越大，凍結(jié)管布置圈數(shù)越來越多等工程情況。同時，多圈管凍結(jié)凍結(jié)壁在形成過程中其內(nèi)部越來越大的凍脹應力，導致了一些工程問題，比如外層井壁受凍結(jié)壓力作用而破裂、井筒開挖過程中凍結(jié)應力釋放導致凍結(jié)壁變形和凍結(jié)管斷裂等。
　　 通過查詢國內(nèi)外大量相關文獻，結(jié)合我國

2、煤礦深厚表土地層凍結(jié)法鑿井工程現(xiàn)狀，本文提出了研究深厚表土地層人工多圈管凍結(jié)下，在凍結(jié)壁形成過程中其內(nèi)部凍結(jié)應力場的形成發(fā)展規(guī)律及外層井壁受凍結(jié)壓力作用的規(guī)律，保證凍結(jié)壁和井壁的安全。
　　 本文采用模型試驗、數(shù)值模擬和現(xiàn)場實測方法，研究凍結(jié)壁內(nèi)部凍脹應力場和外層井壁上凍結(jié)壓力規(guī)律。通過試驗發(fā)現(xiàn)中圈凍結(jié)管位置內(nèi)側(cè)的凍結(jié)應力最大，約為0.54MPa;而內(nèi)圈管的內(nèi)側(cè)和外圈凍結(jié)管的外側(cè)凍結(jié)應力相對較小，大致僅為0.3MPa左右，且發(fā)展

3、速度相對比較緩慢。而井壁上的凍結(jié)壓力隨著溫度的下降而快速上升，最大可達到0.35MPa。通過試驗得出凍結(jié)壁內(nèi)部凍結(jié)應力的大小不僅與凍結(jié)溫度場有關，而且跟凍結(jié)管布置方式和凍結(jié)管的間距有密切關系；而外層并壁上凍結(jié)壓力大小與井壁的溫度有關，尤其受混凝土水化熱的影響非常大，在混凝土水化熱開始的一段時間內(nèi)壓力急劇下降隨后緩慢上升直至穩(wěn)定在一個相對的數(shù)值上。
　　 通過ADINA軟件對盈度場和凍結(jié)應力場進行耦合分析模擬，結(jié)合現(xiàn)場凍結(jié)壁內(nèi)部凍