基于与地层共同作用的深厚土层冻结壁变形规律与设计方法

发布时间：2023-04-02 06:25

　　针对400～800m深厚土层冻结壁设计问题,本文综合采用解析分析、数值模拟和工程实测方法,研究了“开挖卸荷”和“与地层共同作用”实际工况条件下冻结壁的受力和变形规律,构建了冻结壁弹塑性设计新方法,通过实际工程验证了新理论的适用性和可靠性。首先,分析了凿井过程中冻结壁的实际工况特点,建立了“开挖卸荷”和“与地层共同作用”工况下冻结壁的平面应变力学模型;推导了冻结壁和地层应力和变形的解析解,获得了冻结壁临界地压和变形的表达式,揭示了地层对冻结壁受力和变形的影响规律,比较了共同作用模型与传统模型的差异。结果表明:受地层抗剪能力影响,冻结壁受力和变形小于传统模型;仅当地层完全不抗剪(剪切模量或强度参数趋于0)时,冻结壁外边界压力和承载能力与传统模型一致,但变形仍小于传统模型;在常见力学参数下,地层多处于弹性状态。因此,深厚土层冻结壁设计应考虑冻结壁和地层的共同作用,以充分利用地层承载能力。其次,考虑冻结壁与地层共同作用编制了凿井施工过程有限元模拟程序,分析了800m深厚土层冻结壁应力和变形场特征及其随施工过程的演变;获得了井筒内部地层冻结状态、施工段高、冻结壁几何参数和冻土力学参数对冻结壁应力...

【文章页数】：175 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
变量注释表
1 绪论
    1.1 问题的提出
    1.2 国内外研究现状
    1.3 研究目的与意义
    1.4 研究内容与技术路线
2 冻结壁平面应变模型解析分析
    2.1 力学模型
    2.2 单个圆筒的弹性和塑性通解
    2.3 冻结壁和地层的通解
    2.4 共同作用的求解
    2.5 共同作用解的有限元验证
    2.6 平面应变模型假设合理性的有限元验证
    2.7 共同作用解的分析与讨论
    2.8 本章结论
3 凿井过程中冻结壁变形规律的数值模拟
    3.1 计算模型
    3.2 弹塑性时冻结壁的基本力学特征与变形规律
    3.3 流变性对冻结壁变形规律的影响
    3.4 本章结论
4 基于与地层共同作用的冻结壁设计方法
    4.1 冻结壁设计方法的构建
    4.2 冻结壁弹性设计方法分析
    4.3 冻结壁弹塑性设计方法分析
    4.4 冻结壁塑性设计方法分析
    4.5 本章结论
5 冻结壁变形规律的工程实测研究
    5.1 万福煤矿风井工程实测
    5.2 龙固煤矿北风井工程实测
    5.3 本章结论
6 结论与展望
    6.1 主要结论
    6.2 主要创新成果
    6.3 研究展望
参考文献
作者简历
学位论文数据集



本文编号：3778726