深厚冲积层冻结壁变形特性有限元分析

"有限变形理论的深厚冲积层冻结壁变形特性分析" 本文深入探讨了在深厚冲积层中冻结壁的变形特性和影响因素，这是一个在冻结凿井工程，特别是对于超过400米深度的冲积层冻结法凿井工程中的关键技术问题。研究采用了有限变形理论作为基础，该理论允许考虑材料的非线性变形，对于理解冻结壁这种复杂环境下的行为至关重要。 在有限变形理论框架下，研究人员利用冻土的有限变形本构关系以及蠕变参数，对深厚冲积层冻结壁进行了详细的有限元分析。分析结果显示，冻结壁井帮的径向位移在段高内呈现出不均匀分布，即通常在顶部和底部较小，而在中部较大。此外，冻结壁内部的径向位移通常小于井帮的径向位移，这揭示了冻结壁结构的内在稳定性和复杂性。 通过对不同参数的敏感性分析，作者得出了冻结壁井帮最大径向位移与几个关键因素的关系表达式：冻结壁厚度、冲积层厚度、开挖段高、开挖段井帮暴露时间和井筒开挖半径。这些关系式为工程设计提供了理论依据，能够预测和控制冻结壁的变形，从而确保凿井工程的安全。 现场实测数据验证了这些理论推导和计算结果的准确性，进一步加强了研究的可靠性。现有的冻结壁设计理论，如陈湘生和杨平的工作，虽然为理解冻结壁变形提供了一些基础，但它们的计算公式往往过于简化，依赖于冻土蠕变参数的不确定性，实用性受限。胡向东的研究虽考虑了冻结壁与周围土体的共同作用，但未充分考虑开挖段高的影响，导致计算结果偏保守。 在数值计算领域，Soo.S等和沈沐分别运用有限元方法和有限差分法研究了冻结壁的变形动态，而王建平等利用ADINA软件对冻结壁的非线性变形、应力分布和工作性能进行了模拟，这些工作为冻结壁的工程应用提供了更精确的定量分析工具。 这篇研究通过结合理论分析和数值模拟，对深厚冲积层冻结壁的变形特性进行了深入研究，提出了新的计算公式，并得到了实际工程的验证，这对优化冻结凿井工程的设计和施工具有重要指导意义。同时，它也为未来在相似地质条件下的冻结壁稳定性研究提供了理论基础和技术参考。