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高压水作用下冻结井壁渗漏水机理试验研究

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1 绪论

1.1 课题提出

1.2 国内外研究现状及发展动态分析

1.3 研究内容和技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

2 冻结井壁温度应力分析

2.1 温度应力

2.2 冻结压力产生的环向和径向压应力

2.3 温度降低引起的竖向约束温度拉应力

2.4 内外壁温差引起的应力

2.5 温度升高引起的径向约束温度拉应力

2.6 融沉温度应力

3 高压水作用下冻结井壁渗漏水机理分析

3.1 冻结井壁混凝土的损伤理论

3.1.1 损伤力学的产生和基本概念

3.1.2 损伤力学的研究方法

3.1.3 损伤变量

3.1.4 有效应力

3.1.5 应变等价原理

3.2 高压水作用下冻结井壁水力劈裂分析

3.2.1 水力劈裂的概念

3.2.2 水力劈裂的断裂力学原理

3.2.3 水力劈裂下的混凝土裂纹扩展

3.3 高压水作用下冻结井壁渗漏水分析

4 高压水作用下冻结井壁渗漏水模型试验

4.1 混凝土配制的原材料及试验器材

4.2 高压水作用下混凝土渗漏水测试原理

4.2.1 均匀各向同性半空间点电源的电场

4.2.2 常用的电阻率法

4.2.3 高密度电阻率法

4.2.4 跨孔直流电阻率法CT技术

4.3 含有施工冷缝井壁模型试验研究

4.3.1 试验模型的建立

4.3.2 数据采集与分析

4.3.3 试验结果与分析

4.4 含有温度裂纹井壁模型试验研究

4.4.1 超声波检测混凝土质量的基本原理

4.4.2 检测结果

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果

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摘要

随着煤矿新建井筒穿过的表土层加厚,在冻结井筒支护方面,主要采用双层钢筋混凝土塑料夹层复合井壁结构形式。虽然这种井壁结构在我国的冻结井筒中得到推广应用,但它并没有从根本上解决冻结井壁的开裂渗漏水难题,冻结井壁渗漏水问题将变得更加突出、后果将更加严重。为彻底解决这一技术难题,本文在检索国内外现有资料的基础上,通过理论分析和试验研究对高压水作用下冻结井壁渗漏水机理进行了系统研究。 在理论分析方面,全面分析了冻结井壁所受温度应力及在温度应力作用下冻结井壁裂纹的产生,根据冻结井壁混凝土的力学性能,计算混凝土温度应力,根据损伤力学原理分析混凝土裂纹的产生、扩展和贯通,根据水力劈裂原理分析冻结井壁渗漏水的机理:在模型试验方面,根据相似理论,进行相似模型设计,模拟冻结井壁渗漏水情况,分别进行了高压水作用下含有施工冷缝井壁模型试验和含有温度裂纹井壁模型试验的研究,并分别采用跨孔直流电阻率法CT技术和超声波法检测混凝土模型渗漏水情况,试验结果表明,通常的施工冷缝在压力水作用下不会产生渗漏水;而温度裂纹在压力水作用下将产生裂纹扩展直至渗漏水,从而对冻结井壁渗漏水机理有了进一步的认识。本论文结果可为深冻结井壁渗漏水防治措施的确定提供试验依据。

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