《深厚表土层中的冻结壁和井壁》

总论1

2 厚表土层概述12

2.1 我国厚表土层的分布概况12

2.2 表土层土性及主要工程地质、力学和热学参数14

2.2.1 工程地质参数14

2.2.1.1 颗粒组成14

2.2.1.4 含水量15

2.2.1.6 安息角15

2.2.1.5 孔隙比15

2.2.1.3 渗透性15

2.2.1.2 重力密度15

2.2.1.7 触变性16

2.2.2 土的力学参数16

2.2.2.1 塑性指数Ip16

2.2.2.2 压缩系数a16

2.2.2.3 压缩模量Es17

2.2.2.4 变形模量E17

2.2.2.5 泊松比17

2.2.2.6 土的抗剪强度17

2.2.3 土的热学参数18

2.2.3.1 比热容C18

2.2.2.7 土的抗压强度18

2.2.3.2 导热系数λ19

2.3 厚表土层中地下结构物的外载19

2.3.1 平面挡土墙地压理论20

2.3.2 经验公式21

2.3.3 轴对称挡土墙地压理论21

2.3.4 夹心墙地压理论23

2.3.5 对地压计算方法的评价23

2.4 厚表土层中地下工程的主要施工方法简介24

3.1.1 冻土的形成过程31

3.1 冻土的形成31

3 冻土的物理力学性质31

3.1.2 水分迁移与冻胀32

3.1.2.1 水分迁移32

3.1.2.2 冻胀34

3.2 冻土的强度和流变特性36

3.2.1 冻土强度36

3.2.1.1 冻土的抗压强度36

3.2.1.2 冻土的抗剪强度40

3.2.1.3 冻土强度的取值42

3.2.2 冻土的本构关系42

3.3.1.2 容积比热容45

3.3.1.1 质量比热容45

3.3.2 导热系数45

3.3.1 比热容45

3.3 冻土的热学参数45

3.3.3 导温系数46

3.3.4 结冰温度46

3.3.5 热容量47

3.4 厚表土层中冻土力学的特点及讨论48

3.4.1 深土冻土力学的特点--与浅土冻土力学的区别49

3.4.1.1 力学参数是深度的函数49

3.4.1.2 荷载历史和性质不同49

3.4.1.3 深土冻土力学性能的实验方法有待建立50

3.4.1.4 要研究试件力学参数值与结构整体力学性能间的关系50

3.4.2 深土冻土力学的基本内容51

4 人工冻结工程中的冻结壁52

4.1 冻结壁的形成方式和过程52

4.1.1 冻结法凿井的原理52

4.1.2 冻结壁的形成过程53

4.1.3 冻结方案54

4.2 立井冻结温度场55

4.2.1 温度场的数学模型与相似准则55

4.2.2 有关冻结温度场的若干研究成果58

4.2.2.1 主面、界面和轴面温度场59

4.2.2.2 冻结过程中冻结管外表面的温度61

4.2.2.3 根据测温孔资料推算冻结壁的厚度62

4.2.2.4 平均温度的确定63

4.2.2.5 冻结管的吸热能力65

4.3 厚表土层中湿土结冰温度研究66

4.3.1 问题的提出66

4.3.2 试验方法67

4.3.3 试验安排与试样配制69

4.3.4 试验结果及分析70

4.3.4.1 冰点的确定方法70

4.3.4.2 湿土结冰温度与外载的关系70

4.3.4.3 结冰温度与含盐量的关系72

4.3.5 小结74

4.4 冻结壁的强度和稳定性研究74

4.4.1 概述74

4.4.1.1 工程实测研究75

4.4.1.2 模拟试验与模型试验研究76

4.4.1.3 数值模拟研究76

4.4.2 常用冻结壁厚度和段高计算公式76

4.4.2.1 无限长弹性厚壁圆筒公式76

4.4.2.2 无限长弹塑性厚壁圆筒公式77

4.4.2.3 有限长(有限段高)的塑性(或粘塑性)厚壁圆筒公式77

4.4.3 物理模拟试验研究方法和成果79

4.4.3.1 模拟试验原理79

4.4.3.2 多功能立井模拟试验台简介81

4.4.3.3 冻结壁、冻结管受力与变形模拟的相似准则方程83

4.4.3.4 冻结壁变形规律模拟试验情况简介85

4.4.3.5 冻结壁变形规律模拟试验结果86

4.4.4.1 强化冻结，提高冻结壁自身强度90

4.4.4. 工程中采用的技术措施90

4.4.4.2 适时进行合理支护92

4.4.4.3 提高冻结管(接头)的变形能力92

4.4.4.4 加强施工与冻结的配合93

4.4.4.5 加强监测93

4.4.5 存在问题和展望93

4.5 冻结壁的工程设计计算94

4.5.1 冻结壁外载的确定95

4.5.2 冻结壁厚度的计算96

4.5.3 冻结孔的布置97

4.5.4 冻结时间计算97

4.6.1 概述98

4.5.5 冷冻站制冷能力计算98

4.6 冻结管断裂问题的研究98

4.6.2 冻结管受力分析99

4.6.2.1 安装阶段冻结管受力分析99

4.6.2.2 积极冻结阶段冻结管受力分析102

4.6.2.3 掘进施工阶段冻结管受力分析104

4.6.3 冻结管受力的物理模拟结果106

4.6.3.1 积极冻结阶段冻结管受力规律108

4.6.3.2 掘进施工阶段冻结管应力变化规律111

4.6.4 小结113

4.7 冻结壁变形压力115

5.1 概述117

5 冻结法凿井中的井壁117

5.2 井壁的外载125

5.2.1 概述125

5.2.1.1 自重125

5.2.1.2 永久地压125

5.2.1.3 温度应力126

5.2.1.4 竖直附加力128

5.2.1.5 水平附加力128

5.2.1.6 地震荷载129

5.2.1.7 冻结压力130

5.2.3.1 简述131

5.2.3 表土含水层蔬水引发的竖直附加力131

5.2.2 冻结壁融沉引起的竖直附加力131

5.2.3.2 竖直附加力的弹性分析138

5.2.3.3 竖直附加力的模拟试验研究141

5.2.3.4 小结157

5.3 井壁结构158

5.3.1. 沥青夹层滑动可缩复合井壁的研究158

5.3.1.1 沥青夹层井壁受力的模化和试验设计159

5.3.1.2 试验结果分析164

5.3.2 滑动夹层材料的研究166

5.3.3 井壁可压缩装置的研究169

5.3.3.1 可缩装置的基本要求169

5.3.3.3 可缩装置的理论计算170

5.3.3.2 可缩装置的材料和结构形式170

5.3.3.4 可缩装置的试验研究174

5.3.4 以抗为主的井壁受力分析179

5.3.4.1 全抗型井壁的特点179

5.3.4.2 高强度混凝土材料的研究180

5.3.4.3 全抗型井壁结构180

5.3.5 对冻结井壁结构的评述181

5.3.6 井壁设计183

5.3.6.1 设计依据184

5.3.6.2 井壁结构的选择184

5.3.6.3 井壁荷载185

5.3.6.4 井壁厚度的设计计算187

5.3.6.5 内外壁的强度验算189

5.3.6.6 可缩装置的设计计算191

5.3.6.7 配筋计算193

6 钻井法凿井中的井壁195

6.1 井壁的外载195

6.1.1 荷载内容195

6.1.2 荷载组合及结构设计安全度196

6.2 井壁结构196

6.2.1 钢筋混凝土预制井壁196

6.2.2 钢板筒混凝土复合井壁198

6.2.3 钢筋混凝土整体可缩井壁199

6.3.1.2 井壁厚度的估算200

6.3.1.1 原始数据和外荷载的确定200

6.3.1 全抗型单层井壁设计200

6.3 纂井井壁设计200

6.3.1.3 应力分析和强度校核201

6.3.1.4 稳定性验算201

6.3.1.5 竖向钢筋的确定203

6.3.1.6 井壁下沉工艺应力验算204

6.3.1.7 井壁径向钢筋的设计205

6.3.2 实例计算206

6.3.2.1 原始数据206

6.3.2.2 井壁安全性验算206

6.3.2.3 井壁厚度的确定206

6.3.2.4 稳定性验算207

6.3.2.5 竖向钢筋确定208

6.3.2.6 井壁下沉工艺应力验算209

6.3.2.7 径向钢筋的确定209

6.3.2.8 可缩装置的设计210

7 厚表土层中冻结壁、井壁的研究展望213

7.1 关于两壁的工况和外载--深土力学213

7.2 关于冻结壁的研究--深土冻土力学214

7.3 关于井壁的研究216

7.4 地下工程结构的材料问题216

7.5 科学研究方法的展望217

7.6 关于两壁监测问题219

参考文献221