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1 绪论1

1.1 问题的提出1

1.2 国内外研究现状6

1.2.1 冻土物理力学性质研究6

1.2.2 冻结壁厚度计算方法研究15

1.2.3 冻结壁模型或模拟试验研究22

1.2.4 冻结壁稳定性的工程实测研究27

1.2.5 冻结壁数值分析研究29

1.3 主要研究内容及实施方案31

1.3.1 主要研究内容31

1.3.2 实施方案31

1.4 研究的目的与意义31

1.4.1 研究的目的31

1.4.2 研究的意义32

1.4.3 研究的创新点32

2 深厚表土层中冻结壁稳定性理论分析33

2.1 深厚表土层中冻结壁物理力学特性33

2.2 深厚表土层中冻结壁力学模型33

2.2.1 平面弹性厚壁筒33

2.2.2 平面弹塑性厚壁筒35

2.2.3 平面塑性厚壁筒38

2.2.4 空间厚壁筒39

2.3 冻土强度及其试验方法41

2.4 冻结壁稳定性研究43

2.5 本章小结45

3 深厚表土层中冻结壁稳定性数值模拟研究46

3.1 前言46

3.2 计算模型假设和简化48

3.2.1 基本假设和简化模型48

3.2.2 模型边界条件48

3.3 模型参数确定48

3.3.1 几何参数48

3.3.2 冻土本构模型及其参数49

3.4 有限元计算模型49

3.5 计算方案50

3.5.1 准则及取值范围51

3.5.2 计算方案52

3.6 计算结果与分析54

3.6.1 径向变形54

3.6.2 工作面底鼓64

3.7 本章小结70

4 深厚表土层中冻结壁稳定性的模拟试验研究72

4.1 模拟试验简介72

4.2 相似准则导出73

4.2.1 冻结温度场数学模型及准则73

4.2.2 掘进过程中冻结壁稳定性相似准则75

4.3 相似模化76

4.3.1 原型资料76

4.3.2 深度模拟76

4.3.3 确定几何缩比Cl77

4.3.4 掘进段高模拟77

4.3.5 时间缩比Cτ78

4.3.6 温度缩比Ct78

4.4 试验设备78

4.4.1 试验台78

4.4.2 冻结与温度控制系统79

4.4.3 加载与稳压系统79

4.4.4 测试系统80

4.5 试验安排与主要试验步骤83

4.5.1 试验安排83

4.5.2 主要试验步骤和试验材料84

4.5.3 预压固结85

4.5.4 高压下冻结85

4.5.5 暴露冻结壁并安装位移计86

4.5.6 调整冻结壁厚度和平均温度86

4.6 中砂冻结壁稳定性研究87

4.6.1 中砂冻结过程中温度场87

4.6.2 中砂冻结壁径向变形91

4.6.3 中砂冻结壁径向变形与诸参数关系95

4.6.4 冻结中砂层工作面底鼓97

4.6.5 中砂层工作面底鼓与诸参数关系101

4.7 黏土冻结壁稳定性研究102

4.7.1 黏土冻结过程中温度场102

4.7.2 黏土冻结壁径向变形104

4.7.3 黏土冻结壁径向变形与诸参数关系112

4.7.4 冻结黏土层工作面底鼓114

4.7.5 黏土层工作面底鼓与诸参数关系120

4.8 本章小结123

5 深厚表土层中冻结壁稳定性综合研究124

5.1 工程实测研究124

5.1.1 工程概况124

5.1.2 去回路盐水温度实测126

5.1.3 测温孔温度实测126

5.1.4 井帮温度实测130

5.1.5 井内冻土发展厚度实测130

5.1.6 冻结壁径向变形实测130

5.2 砂层冻结壁稳定性132

5.2.1 实测砂层冻结壁厚度和平均温度132

5.2.2 砂层冻结壁径向变形计算133

5.2.3 砂层冻结壁综合对比研究135

5.3 黏土层冻结壁稳定性137

5.3.1 黏土层同一段高内连续实测结果分析137

5.3.2 黏土层冻结壁径向变形计算140

5.3.3 径向变形与冻结壁厚度关系141

5.3.4 黏土冻结壁综合对比研究142

5.4 工作面底鼓综合研究145

5.5 本章小结146

6 主要结论和建议148

参考文献151