三排管非均质冻结壁弹塑性分析

(安徽理工大学 土木建筑学院，安徽 淮南 232001)

1 研究背景

冻结法凿井是采用人工制冷的方法，在井筒周围的含水岩土层中形成封闭的冻结壁，以此来抵抗水压力，隔绝地下水与井筒的联系，确保井筒掘砌安全的一种特殊工法[1-2]。随着冻结深度的增加，冻结壁的外荷载也逐渐增加，目前我国冻结法施工穿过冲积层的最大厚度达750 m，这对冻结壁的强度和稳定性都提出了更高的要求[3-4]，单排管形成的冻结壁已经无法满足实际的施工要求，因此必须要采用多排管冻结的施工方案。在多排管冻结研究领域，汪仁和和曹荣斌[5]运用ANSYS有限元计算程序对双排管冻结壁的形成及其表征变化进行了详细的计算分析，得出了双排管冻结下冻结时间缩短、冻结效率提高、冻结壁平均温度下降等特性，并探讨了双排管冻结下冻结壁温度的简化计算方法。肖朝昀等[6]从冻结深度、厚度方向上分析多排管局部冻结排内和排外的温度发展特性，并分析计算出了积极冻结期排内冻结壁交圈时间以及发展速度。胡向东等[7-11]对多排管冻结温度场进行了系统研究，并提出了直线双排管冻结壁平均温度的等效梯形、等效抛物弓模型以及三排管冻结的梯形-抛物弓等效温度场模型，并验证了其精度。胡向东等[12]以及王彬等[13-14]将双排管冻结形成的冻结壁等效成由材料性质沿着径向呈梯形分布的功能梯度材料(FGM)构成的无限长厚壁圆筒，分别结合摩尔-库伦屈服准则以及Druker-Prager屈服准则对该类冻结壁进行弹塑性分析，并对冻结壁设计理论提出了具有参考价值的建议。……