深部冻结井筒内壁早期温度-应力场演化特征研究

为了研究深部热-力耦合条件下冻结井筒内壁早期温度应力问题,基于固体热传导原理与轴对称热应力理论,提出了考虑如内热源、外部冷源、塑料板摩擦约束、上覆井壁荷载和地层侧压力等多种边界条件的深井内壁大体积混凝土热-力耦合方法。获得了深部冻结井筒内壁早期温度-应力场演化特征,确定了易出现早期温度裂缝的高风险区,提出了混凝土早期温度裂缝防治措施优化方向。结果表明:①应用热-力耦合数值模拟方法求解出内壁大体积混凝土温度、应变最大值与现场实测结果较一致;②由于内壁水化放热导致内壁浇筑后中心位置的温度远高于内、外缘附近区域,极易导致温度裂缝的出现;③内壁浇筑初期,内壁各个位置应变为正,呈内缘至中部大于外缘的规律;浇筑后期,内壁外缘至中心区域出现收缩变形,应变最大为-6×10-5;④内壁浇筑初期,内壁内部储存了一定的压应力,分布规律为内壁中部压应力大于内、外缘。随着内壁温度的不断下降,内壁外缘拉应力达到2.2 MPa,极易在此区域内出现井壁早期温度裂缝。

锯缝前后混凝土面板早期温度特征及应力分析

基于混凝土路面早龄期的温度监测数据,采用有限元软件对路面板的早期温度特征与温度应力进行了分析。研究发现:水泥混凝土路面在铺筑后24h内增温幅度比较大,随后减小;在水化热阶段,板温先随着深度的增加而加大,而17 cm深度以下,随着深度的增加,板温逐渐减小,且不同深度之间的温度差会随着深度的增大而逐渐减小;锯缝前,7:00施工的面板在铺筑后8 h和19:00施工的面板在铺筑后14 h,混凝土面板将会出现裂缝,而锯缝后,当温度达到或接近10℃时,面板将出现裂缝。

西部地区钻井井壁预制施工早期温度-应力场演化特征分析

为防止西部地区预制钻井井壁冬季施工出现裂缝现象,开展了钻井井壁预制施工的早期温度-应力场演化特征研究。首先,以西部地区可可盖煤矿中央回风立井钻井法凿井工程为背景,基于FLAC^(3D)软件,建立了内层钢板混凝土复合钻井井壁结构早期温度-应力场数值分析模型。通过模拟现场施工工况,获得了井壁早期温度应力的分布规律,确定了易出现早期温度裂缝的高风险区;然后,根据模拟计算结果,采用极差分析方法,获得预制钻井井壁早期温度应力影响因素从大到小依次为:对流散热系数、环境温度、混凝土强度等级。现场实测结果表明:模拟计算得到的温度分布规律与工程实测较为一致。

深厚冲积层冻结井筒外壁早期开裂机理

为探究深厚冲积层冻结井筒外壁早期开裂机理,以丁集煤矿第二副井为工程背景,开展外壁混凝土早龄期力学特性试验和热-力耦合分析。首先,通过对不同龄期C70外壁混凝土开展立方体抗压强度、轴心抗压强度、弹性模量和劈裂抗拉强度试验,获得了强度指标和弹性模量复合指数时变模型和早期力学特性;然后,基于外壁混凝土弹性模量复合指数时变模型,利用FLAC 3D软件建立外壁混凝土热-力耦合分析模型,对外壁混凝土早期温度场和应力场演化特征进行了研究分析。结果表明:外壁混凝土浇筑初期水化升温,其核心区峰值温度达到了55.96℃;随后外壁混凝土开始降温,短时间内井壁外缘温差达到了34.95℃;外壁混凝土在4~28 h升温阶段整体受压,降温阶段,井壁受冻结壁约束,竖向受拉严重,其中井壁外缘拉应力最大,达到了5.08 MPa,当拉应力超过外壁混凝土早龄期抗拉强度时,外壁混凝土将产生环向裂缝,从而揭示了深厚冲积层冻结井筒外壁早期开裂机理。

乌东德水电站^(#)3泄洪洞进水塔底板二层裂缝成因分析的数值模拟

针对乌东德水电站^(#)3泄洪洞进水塔底板第二层浇筑完毕后出现贯穿性温度裂缝的问题,采用有限元方法,结合分析该浇筑层混凝土浇筑施工工程、施工温控措施、施工环境因素,使用ANSYS软件探讨了底板贯穿性裂缝形成原因。结果表明,该贯穿性裂缝形成的原因为缺乏有效的保温措施,早期环境温度(环境气温高、日照影响大、昼夜温差大)导致温升、温降过快。在此基础上,提出通过单层保温被保温的有效措施,可预防环境温度不利变化、防止温降过快、减小早期温度拉应力,从而避免早期温度裂缝。