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在我国矿井建设向西部富水地层转移,井壁与孔隙水以及围岩之间的相互作用在井壁设计中起主导作用的背景下,仍利用表土段冻结法凿井井壁设计的研究成果来指导孔隙含水岩层中斜井井壁的设计显得越来越不合理。开展孔隙含水岩层中井壁与围岩和孔隙水相互作用试验装置的设计,为孔隙含水岩层中井壁的设计提供仪器支持和试验指导,具有重要的理论价值和工程应用价值。本文详细地阐述了孔隙含水岩层中井壁与围岩以及孔隙水相互作用试验装置的设计过程。首先,通过数值模拟手段,对整个物理模型方案进行了设计。分析了不同因素对围岩中应力场和温度场的影响,对井壁受力状态进行分析,确定了合理的传感器布置方式,提出了系统的冻结方案、保温措施、围岩体的饱和方案、数据采集方案和加载方案。其次,利用设计的试验装置和方案,进行了斜井井壁在冻结和解冻以及正常使用阶段的状态分析,对试验台的实际工作性能进行了考察,证实了其能够用于富水岩层中井壁与围岩和孔隙水的相互作用规律研究。在有围岩的模型井壁纯孔隙水压和纯地压分别加载中,压力盒的压力和井壁内缘应变随着压力呈线性变化。在孔隙水压和围岩共同作用,Y=1.0MPa,X=Z=0.6MPa以及X=Z=0.8MPa时,应变的规律明显,随着孔隙水压的增大呈现阶梯状变化,当X=Z=0.4MPa时,应变呈现先增大再减小然后再增大的波动。冻结阶段,土压力盒的压力因受到冻胀力的作用,呈现不断增大的趋势。冻结阶段,受到温度应力、围岩压力、孔隙水压力和冻胀力的共同作用,应变计为受压状态,且随着冻结时间的延长,应变值逐渐变大。解冻阶段,当完全解冻的瞬间,应变计的值达到了峰值。结论认为孔隙含水岩层中井壁与围岩和孔隙水的相互作用模拟试验装置,实现了孔隙含水岩层中井壁正常使用阶段地压和水压联合加载测试,以及冻结壁冻结和解冻阶段井壁受力变形规律和围岩应力场温度场变化规律的测试,为孔隙含水岩层地区井壁的设计提供仪器支持和试验指导。