关键词:
人工地层冻结
非均质冻结壁
多冷媒联合冻结
开挖卸载
黏弹性
蠕变
摘要:
为构建适用于富水地层多圈管冻结的非均质人工冻结壁力学模型以及合理分析该类冻结壁的安全性与稳定性,需研究考虑多冷媒非均质人工冻结壁在黏弹性状态下的受力和变形特性。选取距离冻结温度场主面1/4管距处的特征截面,将“盐水-二氧化碳”联合冻结的非均质冻结壁温度场等效为“三段一次函数”分布。考虑冻结壁内部土体在挖掘过程中的卸载效应,以及冻结壁与周边未冻结土体之间的相互影响,基于黏弹性理论、Mises型增量法则以及Newton Cotes数值积分技术,推导出非均质冻结壁的应力、应变和位移计算公式,并将该公式的计算结果与均质冻结壁的计算结果进行对比分析。分析结果表明:在本算例中,冻结壁卸载初期到井壁完成施工的36 h内,非均质与均质冻结壁的径向位移和应变由内到外均呈现非线性衰减趋势,最大位移、应变发生在冻结壁的内侧;随着时间的推移,冻结壁的井帮位移和外壁位移随着蠕变时间的增加而增加,但增长速率逐渐减小,进入稳态蠕变阶段;考虑蠕变特性及其卸载效应,作用在冻结壁上的外荷载小于土体的初始水平应力,而且,外荷载随着空帮时间的增大而减小,最终趋于稳定;对应相同的时刻和埋深,非均质冻结壁所承受的外荷载大于均质冻结壁,而非均质冻结壁的应变和位移小于均质冻结壁。该研究成果可为富水地层多冷媒联合冻结帷幕的设计提供重要的理论依据和参考。