混凝土水化热对井壁和冻结壁的影响研究

摘要

本文在现有的冻结法凿井，井壁、冻结壁设计理论的基础上，结合冻土的物理力学特性和混凝土水化热性质，分析冻结法施工井壁混凝土的基本组成成分、放热性能及水化热的产生机理和理论计算方法。对井壁施工过程中温度、应力监测分析，得出井壁和冻结壁温度场分布变化规律，冻胀压力变化规律和井壁钢筋混凝土的受力规律。通过物理力学性能室内试验，得出冻土比热、导热系数以及基本冻土力学参数。结合混凝土水化热情况下冻结壁井壁温度场数值计算模型的建立方法，运用有限元软件ADINA建立数值模型，进行冻结壁温度场计算，得出冻结壁温度场分布特性。模拟并比较某矿在原型状态，不同井壁厚度，不同井帮温度，不同通风条件四种状态下的冻结壁和井壁的温度场，得出井壁最高温度、最大温差、回冻时间、冻结壁融化范围等参数。导入温度场计算结果，对井壁冻结壁相互作用进行温度场应力场耦合计算，得出外井壁温度应力分布、冻结壁应力分布、工作面底鼓、井帮位移等关键结果。 通过对实测结果和数值模拟进行对比分析，得出冻结壁对井壁的作用规律。通过本课题的研究可以初步了解冻结壁形成过程和冻结法施工过程中两壁的温度场分布和冻结壁回冻对井壁的作用规律，对改进冻结施工方法、井壁设计具有一定的参考意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1问题的提出

1.2冻结法凿井的工程概述

1.3冻结法凿井的工程运用和国内外研究现状

1.3.1冻结温度场研究

1.3.2冻土力学性质研究

1.4井壁水化热研究现状

1.4.1国外研究概述

1.4.2国内研究概述

1.5本文的主要研究内容

1.6研究方法技术路线

2井壁混凝土水化热分析和冻土性质

2.1井壁高性能混凝土的组成成分及其性能

2.1.1水泥

2.1.2骨料

2.1.3混凝土外加剂

2.1.4混凝土掺合料

2.2混凝土井壁温度变化过程及热学性质

2.2.1混凝土温度的变化过程

2.2.2混凝土的热学性质

2.3冻土的基本成分

2.4冻土物理力学参数的确定

2.4.1冻土的形成过程

2.4.2影响冻结温度场的主要因素

2.4.3冻土的热物理指标

3井壁混凝土温度场与应力场的现场实测

3.1工程概括

3.2监测内容

3.3监测方法

3.3.1监测元件的选择

3.3.2监测数据采集与分析软件的开发

3.4监测水平及元件布置

3.5监测结果分析

3.5.1测温孔温度监测

3.5.2温度监测结果

3.5.3冻结壁对井壁冻结压力监测结果与分析

4外层井壁施工与冻结壁相互作用数值模拟

4.1外层井壁施工

4.2有限元软件ADINA简介

4.3模型计算参数的确定

4.4计算模型

4.4.1内热源热量控制方程

4.4.2对带相变的传热过程的处理

4.4.3冻结壁温度场的分布特征

4.4.4冻结壁温度场模拟

4.5温度场计算结果分析

4.5.1外壁温度场模拟

4.5.2冻结壁温度变化规律

4.5.3温度场计算值与实测值比较

4.6应力场分析

4.6.1冻结壁初始应力场

4.6.2冻结壁对井壁应力的数值计算

4.6.3井壁温度应力分布

4.6.4位移场分布特性

4.6.5应力场分布特性

5结论与展望

参考文献