厚表土立井冻结工程热—力耦合效应模型试验及数值分析
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摘要
针对三圈冻结管条件下厚表土粘土冻结壁的演变规律和稳定性,进行了模型试验、理论分析和数值模拟三方面的研究。基于相似理论,推导了三圈管冻结温度场相似准则,进行了室内模型试验,得到了三圈管冻结壁温度场、应力场和位移场的演变规律以及温度场的分布形式。根据Mises屈服准则、冻土流变理论及等效应力-等效应变偏张量虎克定律,考虑冻结壁开挖卸载和外层井壁-冻结壁-周围土体的共同作用,推导了厚表土粘土冻结壁应力场及位移场的理论解析解,进而得到厚表土粘土冻结壁厚度的力学模型。探讨了外层井壁和下卧基岩约束下考虑冻结壁开挖卸载和开挖段高影响的有限段高冻结壁变形及厚度计算模型。最后结合数值模拟分析了厚表土粘土冻结壁温度场及位移场演变及分布规律,结果表明数值模拟温度场演变和分布规律与模型试验一致。
To be aimed at the evolution regularity and stability of frozen clay wall of thick alluvium under the condition of three rings of freezing pipes, the study of three-dimentional physical model, theoretical analysis and numerical simulation have been conducted. Based on similarity theory, similarity criteria of temperature field of three rings of freezing pipes has been deduced. The evolution regularity of temperature filed, stress field and displacement field under three rings of freezing pipes have been obtained through the laboratory model tests, and the distribution patterns of temperature filed has also been obtained. Based on Mises yield criterion, rheological theory of frozen soils and Hooke's law of deviatoric tensor of equivalent stress-equivalent strain, the analytical formula of stress field and displacement field of nonlinear viscoelasto-plastic frozen clay wall under the interaction of outer shaft lining, frozen wall and surrounding earth mass in unloaded state are derived. And then the mechanical model of frozen wall is received. The mechanical model is suitable to frozen clay wall of thick alluvium. The deformation and the calculating model for the thickness of finite length frozen wall under the influence of excavation unloading and excavation section under the interaction of the outer shaft lining and overlaying bedrock has been explored. Finally, the evolution and distribution laws of temperature filed and displacement field of frozen clay wall of thick alluvium have been analyzed through numerical simulation. The results show that the evolution and distribution laws of temperature filed of numerical simulation are consistent with the physical model.
To be aimed at the evolution regularity and stability of frozen clay wall of thick alluvium under the condition of three rings of freezing pipes, the study of three-dimentional physical model, theoretical analysis and numerical simulation have been conducted. Based on similarity theory, similarity criteria of temperature field of three rings of freezing pipes has been deduced. The evolution regularity of temperature filed, stress field and displacement field under three rings of freezing pipes have been obtained through the laboratory model tests, and the distribution patterns of temperature filed has also been obtained. Based on Mises yield criterion, rheological theory of frozen soils and Hooke's law of deviatoric tensor of equivalent stress-equivalent strain, the analytical formula of stress field and displacement field of nonlinear viscoelasto-plastic frozen clay wall under the interaction of outer shaft lining, frozen wall and surrounding earth mass in unloaded state are derived. And then the mechanical model of frozen wall is received. The mechanical model is suitable to frozen clay wall of thick alluvium. The deformation and the calculating model for the thickness of finite length frozen wall under the influence of excavation unloading and excavation section under the interaction of the outer shaft lining and overlaying bedrock has been explored. Finally, the evolution and distribution laws of temperature filed and displacement field of frozen clay wall of thick alluvium have been analyzed through numerical simulation. The results show that the evolution and distribution laws of temperature filed of numerical simulation are consistent with the physical model.
引文
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