新型单层冻结井壁结构试验研究

论文摘要

当前冻结井主要采用双层钢筋混凝土复合井壁结构形式。这种井壁结构形式在我国虽然得到了广泛的应用,但它有其自身的缺点：井壁厚度大、费用高、施工工艺复杂、工期长等。与双层和复合井壁相比单层冻结井壁有井壁厚度小、施工工艺简单、成本相对较低、工期相对较短等优点。但由于单层井壁短段掘砌施工的井壁接茬缝较多,井壁混凝土收缩容易造成井壁出现裂缝导致容易渗(漏)水。本文在对冻结井壁现状进行深入了解的基础上,通过理论分析和实验相结合的方法对单层冻结井壁结构进行了系统研究。首先,针对井壁设计理论和受力情况进行了阐述,在考虑井壁混凝土孔隙水渗流作用下,利用弹塑性损伤力学导出了井壁混凝土应力的分布规律,给出了流固耦合作用下井壁混凝土抵抗地应力的理论极限值。其次,针对当前井壁外壁的接茬缝的形成原因进行了分析,并针对井壁外壁存在接茬缝的问题提出了采用微膨胀纤维混凝土井壁,双锥型井壁接头以及加入钢板防水接头三种方案并对三种方案进行了理论的分析和说明。最后,采用微膨胀纤维混凝土与双锥形井壁接头以及微膨胀纤维混凝土与加入钢板防水接头的两种组合方案进行了试验对比研究。试验结果表明,双锥形加微膨胀纤维井壁混凝土结构防水效果较好,钢板防水接头加微膨胀纤维井壁混凝土结构虽然出现了渗漏的现象但方案还是具有一定的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外井壁结构发展综述
• 1.2.1 国内冻结井壁结构的发展
• 1.2.2 国外冻结井壁结构的发展
• 1.2.3 国内外冻结井壁结构的形式
• 1.3 国内外微膨胀混凝土发展综述
• 1.3.1 国内膨胀混凝土以及膨胀剂的发展状况
• 1.3.2 国外膨胀混凝土以及膨胀剂的发展状况
• 1.3.3 微膨胀混凝土的作用机理研究
• 1.4 现存单层井壁结构主要问题
• 1.5 研究的主要内容和技术路线
• 1.5.1 主要内容
• 1.5.2 研究的技术路线
• 2 单层冻结井壁结构理论分析
• 2.1 冻结井壁结构设计理论类型
• 2.2 冻结井壁受力分析
• 2.2.1 自重
• 2.2.2 永久地压
• 2.2.3 竖向附加力
• 2.2.4 冻结压力
• 2.2.5 温度应力
• 2.3 冻结井壁设计强度理论
• 2.3.1 第三强度理论
• 2.3.2 第四强度理论
• 2.4 冻结井壁流固耦合作用分析
• 2.4.1 计算模型
• 2.4.2 井壁混凝土破坏判别准则
• 2.4.3 基本方程与边界条件
• 2.4.4 方程求解
• 2.4.5 井壁承载力与几种因素的关系
• 2.5 本章小结
• 3 单层冻结井壁混凝土收缩试验研究
• 3.1 混凝土收缩类型概述
• 3.2 混凝土收缩表达式
• 3.3 冻结井壁接碴缝混凝土收缩问题的分析
• 3.4 微膨胀混凝土试验研究
• 3.4.1 材料的选择
• 3.4.2 混凝土配比表
• 3.4.3 试验过程
• 3.4.4 试验结果以及分析
• 3.5 本章小结
• 4 单层冻结井壁新型结构试验研究
• 4.1 相似理论与模型试验发展概述
• 4.2 单层冻结井壁新型结构试验方案分析
• 4.2.1 方案一
• 4.2.2 方案二
• 4.2.3 方案三
• 4.3 相似理论公式推导
• 4.4 试验材料及其配比
• 4.4.1 试验材料
• 4.4.2 井壁混凝土材料配比表
• 4.5 井壁模型参数与制作
• 4.5.1 井壁模型参数
• 4.5.2 井壁模型的制作
• 4.6 加载设备与测量仪器
• 4.6.1 加载设备
• 4.6.2 测试方法与数据采集仪器
• 4.6.3 加载方法
• 4.7 数据处理与分析
• 4.8 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附表
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果