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深厚冲积层冻结壁与井壁相互作用研究

作　者: 陈红蕾
导　师: 王建平；李长忠
学　校: 煤炭科学研究总院
专　业: 岩土工程
关键词: 深厚冲积层温度场应力场数值模拟
分类号: TD265.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 216次
引　用: 5次
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内容摘要

近年来,随着井筒穿过的冲积层越来越厚,在冻结法凿井工程中经常发生外层井壁破坏、冻结管断裂等事故。因此,在深厚冲积层中采用冻结法凿井,面临着诸多新的理论和亟待解决的关键技术。为了解决两壁相互作用遇到的问题,本文首先根据三个工程的实测数据,得到了冻结压力、冻结壁变形及壁后冻土冻融的一般规律;其次,通过理论解析对冻结压力及两壁温度场相互作用进行探讨性研究;再次,以赵固一矿主井为原型,利用有限元分析软件ANSYS建立合理的简化模型,针对性的研究了冻结压力、冻结壁变形及壁后冻土冻融规律的影响因素,得到了力学场、温度场分布变化特征,冻结壁内表面的最大径向位移与段高、开挖时间之间的函数关系,最高温度、最大温差、壁后冻土最大融化范围与入模温度、浇注时间、泡沫板等效导热系数之间的函数关系;最后,模拟结果与工程实测进行对比,验证了数值模型的合理性。本文结论可为以后的深厚冲积层冻结壁、井壁的设计及工程施工提供参考依据。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章概述  8-16
  1.1 文献综述  8-12
    1.1.1 井壁结构发展历程  10
    1.1.2 井壁材料研究现状  10-11
    1.1.3 冻土、冻结壁研究现状  11-12
    1.1.4 冻结壁与井壁相互作用研究现状  12
  1.2 课题的提出及意义  12-14
  1.3 研究内容  14-15
  1.4 技术路线  15-16
第二章预备知识  16-27
  2.1 冻土  16-19
    2.1.1 冻土的形成  16-17
    2.1.2 冻土的流变性  17-18
    2.1.3 流变的物理内涵  18-19
  2.2 高强混凝土  19-21
    2.2.1 高强混凝土的强度  19-20
    2.2.2 高强混凝土的水化热  20-21
  2.3 有限元法  21-27
第三章工程实测  27-39
  3.1 赵固一矿主井冻结工程  27-31
  3.2 山东某矿主井冻结工程  31-33
  3.3 赵官矿风井冻结工程  33-38
  3.4 本章小结  38-39
第四章冻结壁与外壁的相互作用解析  39-56
  4.1 冻结壁与外壁应力场相互作用解析  39-52
    4.1.1 冻结压力解析  39-47
    4.1.2 冻结压力解析算例  47-49
    4.1.3 平面应变解析问题的弊端  49-50
    4.1.4 空帮位移文献公式算例  50-52
  4.2 冻结壁与外壁温度场相互作用解析  52-55
  4.3 本章小结  55-56
第五章冻结壁与外壁力学场相互作用有限元分析  56-72
  5.1 模拟准备  56-57
    5.1.1 有限元软件ANSYS中蠕变的实现过程  56-57
    5.1.2 基本假设  57
  5.2 有限元模型  57-61
    5.2.1 模型特征  57-58
    5.2.2 边界条件  58
    5.2.3 材料模型及参数  58-60
    5.2.4 模拟思路  60
    5.2.5 模拟方案  60-61
  5.3 模拟结果  61-70
    5.3.1 冻结壁径向位移、冻结压力、底鼓变化分析  61-67
    5.3.2 应力场影响因素分析  67-70
  5.4 数值模拟与工程实测对比  70
  5.5 本章小结  70-72
第六章冻结壁与外壁温度场相互作用有限元分析  72-93
  6.1 模拟准备  72-75
    6.1.1 水泥水化热问题  72-73
    6.1.2 泡沫板导热系数问题  73
    6.1.3 相变问题  73-74
    6.1.4 基本假设  74-75
  6.2 有限元模型  75-78
    6.2.1 模型特征  75
    6.2.2 初始条件及边界条件  75-76
    6.2.3 计算参数  76-78
    6.2.4 步骤及方式  78
    6.2.5 数值模拟方案  78
  6.3 模拟结果  78-88
    6.3.1 周向、竖向、径向温度变化分析  79-84
    6.3.2 温度场影响因素分析  84-88
  6.4 数值模拟与工程实测对比  88-91
  6.5 本章小结  91-93
第七章主要结论及展望  93-96
  7.1 主要结论  93-94
  7.2 创新点  94-95
  7.3 存在的问题及展望  95-96
    7.3.1 存在的问题  95
    7.3.2 展望  95-96
参考文献  96-103
致谢  103

深厚冲积层冻结壁与井壁相互作用研究

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