煤田地质与勘探

作者：王彬, 梁秀玲, 张子浩, 蔡海兵, 荣传新,

关键词：人工地层冻结法, 双排管冻结壁, 多冷媒联合冻结帷幕, 非均质, 屈服准则, 弹塑性分析,

目的受制冷媒介温度差异以及被冻地层与冻结管距离差异的影响，多冷媒联合双排管冻结壁的非均匀性较为显著，为了合理评价该类冻结壁的安全性，需开展考虑非均质性的多冷媒人工冻结壁弹塑性应力分析。方法选取距离1/4管距处的冻结壁作为特征截面，将该截面上的温度分布曲线等效成三段一次函数形式，并将冻结壁视为随温度成线性变化的非均质材料，分别基于4种冻土屈服准则，推导得出多冷媒联合双排管非均质冻结壁弹塑性应力解析表达式。基于该解析表达式，对多冷媒冻结壁的受力特性进行计算，并将该计算结果与均质冻结壁计算得出的结果进行对比。结果和结论研究发现：(1)在盐水−二氧化碳联合双排管冻结壁中，径向应力随着相对半径r的增加而上升，环向应力在不同冻结区间(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)表现出不同的变化趋势。(2)基于均质冻结壁计算理论，弹性极限状态的冻结壁的环向应力最大值出现在冻结壁内侧，弹塑性状态的冻结壁的环向应力最大值出现在弹塑性分界面处，塑性极限状态的冻结壁的环向应力最大值出现在冻结壁最外侧；而基于非均质冻结壁计算理论，冻结壁环向应力最大值始终出现在冻结壁分区界线(r＝2)处。(3)在考虑非均质特性后，冻结壁的弹性极限承载力降低1.8%，而塑性极限承载力提高8.1%。在弹塑性状态下，对应相同塑性区相对半径，非均质冻结壁具有更高的承载力，且这种现象随着塑性区相对半径的增大而愈发明显。研究成果对富水地层多冷媒联合冻结帷幕的设计具有重要的参考价值。

来源：2024年第9期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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