局部差异冻结作用于既有井壁的冻胀力研究

针对板集矿副井井筒局部差异冻结修复的工程问题,使用ABAQUS/Standard数值分析软件,结合冻土试验得到热、力学参数,建立局部差异冻结条件下土体热—力耦合模型并进行有限元分析,分析了冻结172 d内土体冻结温度场的分布状况,研究了外层井壁位置处冻胀力的发展变化规律,并对井筒进行安全性评价。结果表明:-300 m层位交圈时间较-450 m层位晚22 d,冻结壁平均温度较-450 m层位高5.2℃;两层位冻胀力自冻结30 d起呈现出线性增长趋势,在交圈后的14 d内有阶跃性增长,其后冻胀力增长速度放缓,各方位上冻胀力总体呈现类同心圆的发展形式。172 d时,-300 m层位冻胀力占初始地应力的17.94%;同期-450 m层位冻胀力占初始地应力的41.54%。井壁混凝土的最大环向应变值与等效应力值均在准许范围内,表明既有井壁仍处于弹性受力阶段,井筒安全可靠。由此可见,局部差异冻结技术可以有效控制冻结壁向内发展速度,限制土体冻胀,避免对井壁造成二次破坏,该项施工技术可为今后类似工程的开展提供重要参考。