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1 绪论1

1.1 概述1

1.2 国内外的研究历史与现状2

1.2.1 冻结法凿井技术的应用历史与现状2

1.2.2 外壁与冻结壁温度场相互影响问题的研究历史与现状4

1.2.3 冻结井井壁高强混凝土应用及外壁强度增长规律的研究历史与现状6

1.2.4 冻结井井壁外载的研究历史与现状7

1.2.5 冻结凿井期外壁内力与变形规律的研究历史与现状12

1.3 研究内容与思路14

1.3.1 研究内容14

1.3.2 研究方法与技术路线14

2 外壁水化热温度场与冻结壁温度场的相互影响16

2.1 概述16

2.2 理论分析16

2.2.1 井筒开挖前的地层冻结温度场16

2.2.2 开挖后未支护条件下的冻结温度场17

2.2.3 井壁浇筑后的外壁及冻结壁温度场18

2.3 物理模拟研究19

2.3.1 工程概况20

2.3.2 试验模型22

2.3.3 试验系统23

2.3.4 试验方案24

2.3.5 试验过程25

2.3.6 试验结果与分析27

2.3.7 物理模拟试验结论30

2.4 数值计算研究32

2.4.1 水泥水化热的释放过程模拟32

2.4.2 冻土的相变过程模拟35

2.4.3 泡沫板压缩过程中导热性能的模拟36

2.4.4 数值计算模型37

2.4.5 初始及边界条件38

2.4.6 计算参数39

2.4.7 计算方案41

2.4.8 计算结果与分析42

2.4.9 龙固副井外壁与冻结壁温度场相互影响预测分析47

2.5 现场实测研究48

2.5.1 现场实测方案48

2.5.2 现场实测结果与分析50

2.5.3 现场实测研究结论57

2.6 本章小结58

3 外壁混凝土的早期强度增长规律60

3.1 概述60

3.2 外壁混凝土早期强度增长规律的室内试验研究60

3.2.1 概述60

3.2.2 试验方案60

3.2.3 试验过程61

3.2.4 试验结果与分析63

3.3 外壁混凝土早期强度增长规律的现场试验研究71

3.3.1 概述71

3.3.2 试验方案71

3.3.3 试验过程72

3.3.4 试验结果与分析73

3.4 本章小结77

4 外层井壁的早期水平极限承载力79

4.1 概述79

4.2 外壁水平极限承载力的理论分析79

4.2.1 冻结凿井期外层井壁的力学模型79

4.2.2 不同力学模型下井壁内缘的应力80

4.2.3 混凝土的强度准则81

4.2.4 基于不同强度准则的外壁水平极限承载力82

4.2.5 龙固副井外层井壁的水平极限承载力计算83

4.3 外壁水平极限承载力的数值计算研究86

4.3.1 概述86

4.3.2 井壁承载力计算的有限元模型86

4.3.3 有限元模型87

4.3.4 数值计算方案87

4.3.5 计算结果与分析89

4.4 外壁早期水平极限承载力的物理模拟试验研究96

4.4.1 概述96

4.4.2 相似准则的推导96

4.4.3 原型参数与模化设计97

4.4.4 基本试验方案97

4.4.5 模型试验系统97

4.4.6 试验结果及分析98

4.5 本章小结102

5 冻结压力的增长规律103

5.1 概述103

5.2 冻结壁流变变形压力增长规律的理论分析103

5.2.1 冻结壁与外壁的相互作用过程103

5.2.2 冻结壁变形压力的弹黏性流变分析105

5.2.3 龙固副井冻结壁变形压力的弹黏性分析111

5.2.4 理论分析小结115

5.3 冻结壁变形压力的数值模拟研究116

5.3.1 概述116

5.3.2 井筒掘砌施工的数值模型116

5.3.3 模拟计算方案118

5.3.4 计算结果及分析119

5.3.5 数值模拟小结124

5.4 冻结压力的现场实测研究124

5.4.1 概述124

5.4.2 测试方案124

5.4.3 测试结果及分析125

5.5 本章小结130

6 冻结凿井期外壁的内力与变形132

6.1 概述132

6.2 现场实测方案132

6.2.1 钢筋轴力测试方案132

6.2.2 混凝土应变测试方案133

6.3 井壁钢筋轴力的变化规律133

6.3.1 井壁钢筋轴力的温度修正133

6.3.2 竖向钢筋轴力136

6.3.3 环向钢筋轴力140

6.3.4 径向钢筋轴力143

6.3.5 凿井期间外壁钢筋轴力的总体变化规律147

6.4 井壁混凝土应变的变化规律150

6.4.1 井壁混凝土应变的温度修正150

6.4.2 混凝土竖向应变151

6.4.3 混凝土环（切）向影响154

6.4.4 混凝土径向应变157

6.4.5 凿井期间外壁混凝土应变总体变化规律159

6.5 本章小结160

7 特厚冲积层中冻结井外壁设计探讨161

7.1 特厚冲积层中冻结井外壁的工程环境及受力特点161

7.1.1 特厚冲积层中冻结井外壁的温度环境161

7.1.2 特厚冲积层中冻结井外壁混凝土的早期强度增长规律161

7.1.3 特厚冲积层冻结井外壁的受力与变形规律161

7.2 特厚冲积层冻结井外壁设计的几个问题162

7.2.1 外壁设计的力学模型问题162

7.2.2 外壁荷载的取值问题162

7.2.3 混凝土强度的取值问题163

7.3 特厚冲积层冻结井井壁设计中尚待研究的其他问题163

7.3.1 深厚冲积层中永久水平地压的取值164

7.3.2 深部原状土、深部原状土人工冻土的力学特性164

7.3.3 冻结井井壁结构的革新164

8 主要结论166

参考文献168