冻结壁厚度计算方法研究

冻结壁厚度计算方法的研究是冻结法凿井设计中的核心技术之一。冻结法凿井是一种特殊的施工技术，它利用人工制冷技术将地层中的水冻结，形成冻土，以增加岩土的强度和稳定性。这样做可以隔绝地下水和地下工程的联系，保障井筒掘砌施工的安全进行。冻结壁的厚度对于确保施工顺利、控制工程费用和施工期限有着至关重要的作用。如果冻结壁厚度不足，可能造成井壁塌方、涌砂等严重事故；反之，如果冻结壁厚度设置过大，则会带来不必要的经济负担和延长工期。因此，设计合理的冻结壁厚度对于提高工程效率和降低成本具有重要意义。 目前，冻结壁厚度的计算方法主要有三类：一是基于轴对称平面应变力学模型的方法；二是轴对称空间力学模型的方法；三是数理统计的经验法。这些方法各有优劣，它们都是基于一定的假设来简化问题，使得计算得以进行。 在轴对称平面应变力学模型的计算方法中，最基本的假设是将冻结壁看作是一个无限长的弹性厚壁圆筒，并将问题简化为轴对称平面变形问题。这种方法最早可以追溯到1852年法国工程师拉麦提出的计算公式。根据这一模型，冻结壁内的应力分布可以由拉麦公式来确定。拉麦公式描述了在外压力作用下厚壁圆筒内部的径向应力和周向应力的变化情况。在实际计算中，需要对厚壁筒的内外半径进行精确测量，并代入公式计算出应力分布，进而确定合理的冻结壁厚度。 然而，现有的冻结壁厚度计算方法随着冻结深度的增加显现出越来越多的缺陷。例如，在实际应用中，冻结壁并非理想的无限长弹性厚壁圆筒，其受力和变形受到多种因素的影响，例如地层条件、冻结温度、施工时间等。因此，需要对现有方法进行综合分析，评估其适用条件，挖掘存在的问题，并探讨这些问题产生的原因。 本文对冻结壁厚度计算方法进行了深入研究，分析了各种计算方法的基本假设，并探讨了它们的适用范围和存在的问题。通过推导分析，本研究揭示了现有计算方法缺陷的成因，并提出了改进的计算冻结壁厚度的新方法，以期为冻结法凿井设计提供更加科学合理的计算依据。 此外，文章还介绍了作者李建清及其团队的背景，他们来自中国矿业大学力学与建筑工程学院，一直致力于岩土工程测试技术和井巷特殊施工技术的研究。文中提到的作者团队通过电子邮件 *** 可以进行交流与合作。 总结来说，冻结壁厚度的合理设计是确保冻结法凿井施工安全和经济效益的重要环节。本研究对现有的冻结壁厚度计算方法进行了全面的分析和评估，并提出了改进措施，为今后的工程实践提供了理论指导和技术支持。随着冻结法在煤矿立井开凿等领域的广泛应用，这项研究具有重要的实际意义和应用前景。