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高承压水地层冻结温度场分布规律研究

作　者: 张瀚
导　师: 李栋伟
学　校: 安徽理工大学
专　业: 岩土工程
关键词: 冻结法凿井高承压水地层温度场有限差分融化规律
分类号: TD265.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

高承压水地层冻结法凿井的关键问题是各个地层的含水率相对一般岩层较高,在这种情况下如何保证冻结壁的稳定和安全,并且随着建井深度的不断加大,准确的预测冻结壁温度场的发展情况就显得异常重要了。平顶山平煤一矿回风井位于郏县李口乡李口村南,属于山前洪坡积平原地带。井筒设计采用立井开拓方式,冻结法施工,井筒全深1075m。平煤一矿回风井井筒净直径6.5m,井壁最大厚度0.8m,井筒最大掘进直径8.1m,采用主排孔+防片帮孔冻结方案进行施工。本文通过室内土工试验以及现场实测资料对高承压水层冻结法施工进行初步的研究,从实测资料中初步预测出各个层位冻结壁的交圈时间；同时运用正交试验以及最小二乘法将由室内土工试验所得出的各个层位的热物理参数进行优化,为下一步的模拟做好准备；最后通过现场各个冻结钻孔的实测资料、盐水去回路温度以及各个层位的土性系数等实际资料运用ANSYS模拟软件进行建模并最终模拟出各个层位冻结壁温度场的发展状况,同时获取每一层位随时间变化的冻结壁有效厚度、冻结壁平均温度和井帮温度等对工程施工有实际意义的物理量,为施工安全高效快速的进行提供一定的科学指导。本文通过现场实测、数值模拟相结合的方法,获得了高承压水地层冻结壁温度场形成与融化规律,对工程的实际施工具有一定参考意义。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-12
1 绪论  12-18
  1.1 研究意义  12-13
  1.2 研究现状  13-15
    1.2.1 冻结壁温度场研究现状  13-14
    1.2.2 冻结壁研究现状  14-15
  1.3 研究内容及技术路线  15-18
    1.3.1 研究内容  15-16
    1.3.2 研究方法  16
    1.3.3 技术路线  16-18
2 平煤一矿工程地质特性及冻结方案  18-26
  2.1 工程地质  18-19
    3.1.1 井筒场地水文地貌概述  18
    3.1.2 井筒围岩的岩组、岩段划分  18
    3.1.3 地层  18-19
  2.2 水文地质  19-20
    2.2.1 主要含水层  19-20
    2.2.2 井筒涌水量  20
  2.3 工程特点  20
  2.4 冻结技术方案设计  20-25
    2.4.1 冻结壁设计基本参数  20
    2.4.2 冻结壁厚度设计  20-21
    2.4.3 冻结深度确定  21-22
    2.4.4 冻结孔布置  22-23
    2.4.5 冻结管及供液管设计  23-24
    2.4.6 水文孔、测温孔布置设计  24-25
    2.4.7 冻结孔施工要求  25
  2.5 小结  25-26
3 冻土室内试验及现场实测  26-46
  3.1 冻土室内试验  26-35
    3.1.1 土体导热系数的测定  27-28
    3.1.2 土体比热的测定  28-29
    3.1.3 土体结冰温度的测定  29-35
    3.1.4 试验小结  35
  3.2 现场实测  35-44
    3.2.1 冻结壁温度场实测方案  36-38
    3.2.2 冻结壁温度场实测结果及分析  38-43
    3.2.3 孔隙水压力实测结果及分析  43-44
  3.3 小结  44-46
4 冻结温度场的数值模拟  46-67
  4.1 有限元方法及ANSYS产品简介  46-48
    4.1.1 有限元方法简介  46-47
    4.1.2 ANSYS产品简介  47-48
  4.2 冻结壁温度场模型的建立  48-51
  4.3 材料的参数选择  51-53
  4.4 计算结果分析  53-64
    4.4.1 冻结壁温度场云图及-2℃温度等值线图  53-61
    4.4.2 冻结壁有效厚度和平均温度  61-64
    4.4.3 井帮温度预测  64
  4.5 小结  64-67
5 结论与展望  67-69
  5.1 主要结论  67-68
  5.2 存在的不足与展望  68-69
参考文献  69-73
致谢  73-74
作者简介及读研期间主要科研成果  74

高承压水地层冻结温度场分布规律研究

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