深部復(fù)合土層有載凍結(jié)水熱力耦合作用試驗(yàn)研究.pdf

1、凍結(jié)壁設(shè)計(jì)及其安全穩(wěn)定性分析是深厚表土層中凍結(jié)法鑿井的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其前提是掌握凍結(jié)壁的力學(xué)特性，而研究?jī)鼋Y(jié)壁的形成過(guò)程是掌握其力學(xué)特性的基礎(chǔ)。凍結(jié)壁的形成是溫度場(chǎng)、水分場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)耦合作用的過(guò)程，該過(guò)程直接影響著井壁內(nèi)外部初始應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)乃至變形能的分布，進(jìn)而影響井筒開(kāi)挖過(guò)程中凍結(jié)壁的力學(xué)響應(yīng)；同時(shí)，考慮到巖土性質(zhì)的變化，當(dāng)凍結(jié)壁由多種復(fù)合土層構(gòu)成時(shí)，深部高壓條件下凍脹性的差異，也將對(duì)不同層位處凍結(jié)壁的力學(xué)特性造成影響。鑒于此，本文通過(guò)有

2、載凍結(jié)模型試驗(yàn)，對(duì)復(fù)合土層凍結(jié)壁形成過(guò)程中溫度場(chǎng)、水分場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的耦合作用規(guī)律展開(kāi)研究。
　　首先，根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康难兄瞥錾畈繌?fù)合土層凍結(jié)水熱力耦合作用試驗(yàn)系統(tǒng)；在考慮剛度效應(yīng)的基礎(chǔ)上開(kāi)展壓力盒在土介質(zhì)中的標(biāo)定工作，并對(duì)液壓標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行了修正；水分傳感器的標(biāo)定則分別考慮了土體性質(zhì)及環(huán)境溫度的影響，使標(biāo)定結(jié)果具有更加可靠。
　　其次，開(kāi)展單面凍結(jié)模式下復(fù)合土層有載凍結(jié)水熱力耦合作用試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：凍結(jié)壁厚度與凍結(jié)時(shí)間呈二次函數(shù)

3、關(guān)系，凍結(jié)壁擴(kuò)展速度隨凍結(jié)時(shí)間的增長(zhǎng)而變慢，相同條件下砂土層凍結(jié)速度最快，黏土與粉土相對(duì)較慢；各土層土體結(jié)冰前含水率隨溫度降低而增大，結(jié)冰后不同土層含水率隨溫度降低減少速率不同，其中砂土層減少速度最快，粉土層次之，黏土層最慢；凍結(jié)過(guò)程中，相同土層土體凍脹壓力隨凍結(jié)時(shí)間及固結(jié)壓力的增大而增大；凍結(jié)穩(wěn)定后，相同土層土壓力隨距凍結(jié)板距離的增大而增大，不同土層距凍結(jié)板相同位置處，砂土層凍脹力最大，黏土次之，粉土層最小。
　　最后，開(kāi)展雙面

4、凍結(jié)模式下復(fù)合土層凍結(jié)水熱力耦合試驗(yàn)研究，并將試驗(yàn)結(jié)果與單面凍結(jié)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析，結(jié)果表明：與單面凍結(jié)相比，雙面凍結(jié)模式土體凍結(jié)速度更快，凍結(jié)穩(wěn)定時(shí)各土層平均溫度大大降低；相同土層土體凍脹壓力隨固結(jié)壓力的增大而增大，但凍脹壓力與初始固結(jié)壓力的比值隨固結(jié)壓力的增大而減小；凍結(jié)穩(wěn)定后，相同土層土壓力分布呈中間大兩端小的規(guī)律；固結(jié)壓力為1 MPa時(shí)，雙面凍結(jié)黏土層、砂土層、粉土層徑向凍脹壓力比單面凍結(jié)模式下大0.59MPa、0.72MPa，0