深厚表土层非均质冻结壁黏弹性分析

建立了符合深厚表土层多圈管冻结凿井的非均质冻结壁力学模型。基于黏弹性理论和Newton-Cotes数值积分法,推导了非均质冻结壁应力场和位移半解析表达式,并对非均质和均质冻结壁进行验算。结果表明,非均质和均质冻结壁径向应力分布规律基本一致,径向应力绝对值由内到外非线性增加;均质冻结壁环向应力绝对值由内到外非线性减小,非均质冻结壁环向应力在内外圈冻结管圈径处会形成明显突变点;非均质和均质冻结壁径向位移由内到外均非线性衰减;井帮径向蠕变位移速率随时间增加呈先快后慢趋势,并逐渐趋于稳定;同一时刻相同位置处,非均质冻结壁径向蠕变位移比均质冻结壁大。

三排管非均质冻结壁弹塑性分析

为了分析深厚冲积层三排管冻结壁的力学特性,根据冻土弹性模量E、黏聚力c与冻结温度之间的函数关系以及三排管冻结壁的梯形-抛物弓等效温度场模型,将冻结壁视为材料性质沿着径向呈分段函数变化规律的厚壁圆筒,推导出了三排管非均质冻结壁的弹性区与塑性区应力的解析表达式,并给出了冻结壁承载力与塑性区相对半径之间的关系。根据淮南某矿区冻土的力学参数,利用提出的三排管非均质冻结壁计算方法对该矿区进风井冻结壁进行了力学特性分析,计算结果表明:三排管非均质冻结壁的径向应力随着相对半径r的增大而增加,而环向应力在冻结区间Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ呈现不同的变化规律。对比分析三排管均质与非均质冻结壁的承载力计算结果可知,利用均质冻结壁计算方法得出的弹性极限承载力计算结果偏大,因此基于该结果的冻结壁设计方法存在一定的风险性,而非均质冻结壁的计算结果更加符合冻结壁实际的受力情况。研究成果可为深厚冲积层多排管冻结壁的设计提供一定的理论参考。