总论 1
2 厚表土层概述 12
2.1 我国厚表土层的分布概况 12
2.2 表土层土性及主要工程地质、力学和热学参数 14
2.2.1 工程地质参数 14
2.2.1.1 颗粒组成 14
2.2.1.4 含水量 15
2.2.1.6 安息角 15
2.2.1.5 孔隙比 15
2.2.1.3 渗透性 15
2.2.1.2 重力密度 15
2.2.1.7 触变性 16
2.2.2 土的力学参数 16
2.2.2.1 塑性指数Ip 16
2.2.2.2 压缩系数a 16
2.2.2.3 压缩模量Es 17
2.2.2.4 变形模量E 17
2.2.2.5 泊松比 17
2.2.2.6 土的抗剪强度 17
2.2.3 土的热学参数 18
2.2.3.1 比热容C 18
2.2.2.7 土的抗压强度 18
2.2.3.2 导热系数λ 19
2.3 厚表土层中地下结构物的外载 19
2.3.1 平面挡土墙地压理论 20
2.3.2 经验公式 21
2.3.3 轴对称挡土墙地压理论 21
2.3.4 夹心墙地压理论 23
2.3.5 对地压计算方法的评价 23
2.4 厚表土层中地下工程的主要施工方法简介 24
3.1.1 冻土的形成过程 31
3.1 冻土的形成 31
3 冻土的物理力学性质 31
3.1.2 水分迁移与冻胀 32
3.1.2.1 水分迁移 32
3.1.2.2 冻胀 34
3.2 冻土的强度和流变特性 36
3.2.1 冻土强度 36
3.2.1.1 冻土的抗压强度 36
3.2.1.2 冻土的抗剪强度 40
3.2.1.3 冻土强度的取值 42
3.2.2 冻土的本构关系 42
3.3.1.2 容积比热容 45
3.3.1.1 质量比热容 45
3.3.2 导热系数 45
3.3.1 比热容 45
3.3 冻土的热学参数 45
3.3.3 导温系数 46
3.3.4 结冰温度 46
3.3.5 热容量 47
3.4 厚表土层中冻土力学的特点及讨论 48
3.4.1 深土冻土力学的特点--与浅土冻土力学的区别 49
3.4.1.1 力学参数是深度的函数 49
3.4.1.2 荷载历史和性质不同 49
3.4.1.3 深土冻土力学性能的实验方法有待建立 50
3.4.1.4 要研究试件力学参数值与结构整体力学性能间的关系 50
3.4.2 深土冻土力学的基本内容 51
4 人工冻结工程中的冻结壁 52
4.1 冻结壁的形成方式和过程 52
4.1.1 冻结法凿井的原理 52
4.1.2 冻结壁的形成过程 53
4.1.3 冻结方案 54
4.2 立井冻结温度场 55
4.2.1 温度场的数学模型与相似准则 55
4.2.2 有关冻结温度场的若干研究成果 58
4.2.2.1 主面、界面和轴面温度场 59
4.2.2.2 冻结过程中冻结管外表面的温度 61
4.2.2.3 根据测温孔资料推算冻结壁的厚度 62
4.2.2.4 平均温度的确定 63
4.2.2.5 冻结管的吸热能力 65
4.3 厚表土层中湿土结冰温度研究 66
4.3.1 问题的提出 66
4.3.2 试验方法 67
4.3.3 试验安排与试样配制 69
4.3.4 试验结果及分析 70
4.3.4.1 冰点的确定方法 70
4.3.4.2 湿土结冰温度与外载的关系 70
4.3.4.3 结冰温度与含盐量的关系 72
4.3.5 小结 74
4.4 冻结壁的强度和稳定性研究 74
4.4.1 概述 74
4.4.1.1 工程实测研究 75
4.4.1.2 模拟试验与模型试验研究 76
4.4.1.3 数值模拟研究 76
4.4.2 常用冻结壁厚度和段高计算公式 76
4.4.2.1 无限长弹性厚壁圆筒公式 76
4.4.2.2 无限长弹塑性厚壁圆筒公式 77
4.4.2.3 有限长(有限段高)的塑性(或粘塑性)厚壁圆筒公式 77
4.4.3 物理模拟试验研究方法和成果 79
4.4.3.1 模拟试验原理 79
4.4.3.2 多功能立井模拟试验台简介 81
4.4.3.3 冻结壁、冻结管受力与变形模拟的相似准则方程 83
4.4.3.4 冻结壁变形规律模拟试验情况简介 85
4.4.3.5 冻结壁变形规律模拟试验结果 86
4.4.4.1 强化冻结，提高冻结壁自身强度 90
4.4.4. 工程中采用的技术措施 90
4.4.4.2 适时进行合理支护 92
4.4.4.3 提高冻结管(接头)的变形能力 92
4.4.4.4 加强施工与冻结的配合 93
4.4.4.5 加强监测 93
4.4.5 存在问题和展望 93
4.5 冻结壁的工程设计计算 94
4.5.1 冻结壁外载的确定 95
4.5.2 冻结壁厚度的计算 96
4.5.3 冻结孔的布置 97
4.5.4 冻结时间计算 97
4.6.1 概述 98
4.5.5 冷冻站制冷能力计算 98
4.6 冻结管断裂问题的研究 98
4.6.2 冻结管受力分析 99
4.6.2.1 安装阶段冻结管受力分析 99
4.6.2.2 积极冻结阶段冻结管受力分析 102
4.6.2.3 掘进施工阶段冻结管受力分析 104
4.6.3 冻结管受力的物理模拟结果 106
4.6.3.1 积极冻结阶段冻结管受力规律 108
4.6.3.2 掘进施工阶段冻结管应力变化规律 111
4.6.4 小结 113
4.7 冻结壁变形压力 115
5.1 概述 117
5 冻结法凿井中的井壁 117
5.2 井壁的外载 125
5.2.1 概述 125
5.2.1.1 自重 125
5.2.1.2 永久地压 125
5.2.1.3 温度应力 126
5.2.1.4 竖直附加力 128
5.2.1.5 水平附加力 128
5.2.1.6 地震荷载 129
5.2.1.7 冻结压力 130
5.2.3.1 简述 131
5.2.3 表土含水层蔬水引发的竖直附加力 131
5.2.2 冻结壁融沉引起的竖直附加力 131
5.2.3.2 竖直附加力的弹性分析 138
5.2.3.3 竖直附加力的模拟试验研究 141
5.2.3.4 小结 157
5.3 井壁结构 158
5.3.1. 沥青夹层滑动可缩复合井壁的研究 158
5.3.1.1 沥青夹层井壁受力的模化和试验设计 159
5.3.1.2 试验结果分析 164
5.3.2 滑动夹层材料的研究 166
5.3.3 井壁可压缩装置的研究 169
5.3.3.1 可缩装置的基本要求 169
5.3.3.3 可缩装置的理论计算 170
5.3.3.2 可缩装置的材料和结构形式 170
5.3.3.4 可缩装置的试验研究 174
5.3.4 以抗为主的井壁受力分析 179
5.3.4.1 全抗型井壁的特点 179
5.3.4.2 高强度混凝土材料的研究 180
5.3.4.3 全抗型井壁结构 180
5.3.5 对冻结井壁结构的评述 181
5.3.6 井壁设计 183
5.3.6.1 设计依据 184
5.3.6.2 井壁结构的选择 184
5.3.6.3 井壁荷载 185
5.3.6.4 井壁厚度的设计计算 187
5.3.6.5 内外壁的强度验算 189
5.3.6.6 可缩装置的设计计算 191
5.3.6.7 配筋计算 193
6 钻井法凿井中的井壁 195
6.1 井壁的外载 195
6.1.1 荷载内容 195
6.1.2 荷载组合及结构设计安全度 196
6.2 井壁结构 196
6.2.1 钢筋混凝土预制井壁 196
6.2.2 钢板筒混凝土复合井壁 198
6.2.3 钢筋混凝土整体可缩井壁 199
6.3.1.2 井壁厚度的估算 200
6.3.1.1 原始数据和外荷载的确定 200
6.3.1 全抗型单层井壁设计 200
6.3 纂井井壁设计 200
6.3.1.3 应力分析和强度校核 201
6.3.1.4 稳定性验算 201
6.3.1.5 竖向钢筋的确定 203
6.3.1.6 井壁下沉工艺应力验算 204
6.3.1.7 井壁径向钢筋的设计 205
6.3.2 实例计算 206
6.3.2.1 原始数据 206
6.3.2.2 井壁安全性验算 206
6.3.2.3 井壁厚度的确定 206
6.3.2.4 稳定性验算 207
6.3.2.5 竖向钢筋确定 208
6.3.2.6 井壁下沉工艺应力验算 209
6.3.2.7 径向钢筋的确定 209
6.3.2.8 可缩装置的设计 210
7 厚表土层中冻结壁、井壁的研究展望 213
7.1 关于两壁的工况和外载--深土力学 213
7.2 关于冻结壁的研究--深土冻土力学 214
7.3 关于井壁的研究 216
7.4 地下工程结构的材料问题 216
7.5 科学研究方法的展望 217
7.6 关于两壁监测问题 219
参考文献 221