厚表土立井冻结工程热—力耦合效应模型试验及数值分析

【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。