热力耦合作用下冻结壁温度场与冻胀力分布规律-研究

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1、万方数据摘要针对淮南矿区某矿过厚膨胀性粘土层工程问题，采用室内实验、理论分析、数值计算和现场实测的方法对膨胀性粘土层的冻结温度场分布和冻胀力显现规律进行了系统研究。(1)开展了膨胀性粘土层的热物理力学实验，结果反映出深部膨胀性粘土的冻结温度为一2．9。C左右，其强度、弹性模量等力学参数随冻结温度下降呈线性增长。(2)通过冻结温度场数值计算分析表明：冻结152天时，粘土层冻结壁平均温度为一14．42。C，比同时期砂土层高1．44。C；冻结236天时，粘土层冻结壁平均温度为一17．78。C，比同时期砂土层低1．474C。粘土层冻结壁厚度小于细砂层冻结壁厚度

2、。(3)通过热力耦合计算分析表明：冻胀力在积极冻结期90天内，粘土层冻胀力约为砂土层的1．3倍。进入维护冻结236天后，粘土层三圈冻结管围成的冻结壁内冻胀力均大于4．8MPa，是同时期细砂层的1．5倍；一440m膨胀粘土层冻胀后的受力存在显著的不均匀性，最大冻胀力主要位于东南侧和西北偏北侧。(4)通过现场测试获得了冻结压力分布规律，冻结压力前10天增长较快，到60天时，-347m层位最大压力值达到3．50MPa，平均压力值达到1．80MPa；一387m层位最大压力值达到4．25MPa，平均压力值达到2．20MPa，基本趋于稳定；最大压力值为静水压力的1

3、．0----1．1倍左右。图33表14参48关键词：冻结温度场；冻胀力；膨胀性粘土；热力耦合分类号：TD265万方数据AbstractThemilleauxiliary$halRinHuainancoalminetoo也ickclaylayerengineeringproblem，usingthemethodoflaboratoryexperiment，theoreticalanalysis，numericalcalculationandfieldtestconductedthesystemresearchtotheexpansionofthedist

4、ributionoftemperaturefieldandfrostheaveforceoffreezingbehaviorofclaylayer．(1)Tocarryouttheexpansionofclayphysicalmechanicsexperiment，theresultsreflectthedeepclayfi'eezingtemperatureis一2．9℃，thestrength,modulusofelasticityandothermechanicalparametersincreasedlinearlywithtemperatur

5、edrop．(2)Thefreezingtemperaturefieldbynumericalcalculationandanalysisshowthat：152dayfreeze，claylayeroffrozenwallandtheaveragetemperatureof·14．42℃，thanthesameperiodofsandlayerof1．44*C；frozenfor236clays，theclaylayeroffrozenwallandtheaveragetemperatureof一17．78℃，1．47"Clowerthanthesa

6、meperiodofsandsoil．Theclaylayerthicknessofthefrozenwallislessthanthethicknessofthefrozenwallinfinesandlayer．(3)Throughthermalmechanicalcouplinganalysisshowedthat：fi'ostheavingforceactiveinthefreezingperiodof90days，theclaylayeroffrostheaveforceisabout3timesofsandsoil．Enterthemain

7、tenanceoffrozenclaylayerin236days，threeoffreezingtubewallenclosingthefi'ostheaveforceislargerthan2MPa,finesandatthesametimeis4—。5times；-440mexpansionforceexistsignificantasymmetryclaylayeroffrostheaving，fi'ostheavingforcearemainlylocatedinthesoutheastsideofthelargestNorthandnort

8、hwestoftheoutertube．(4)Throughthefieldtestoffre