极坐标下变热工参数人工冻土温度场解析解

为优化冻结方案、准确掌握人工冻土温度场发展状况、处理紧急情况,需要了解变热工参数对人工冻土温度场的影响程度。人工冻土温度场的解析解便于分析不同热工参数的灵敏度。运用乘法、加法分离变量法推导出极坐标下人工冻土热工参数随温度变化的不同规律的非稳定导热方程解析解。变热工参数人工冻土温度场非稳定温度场的解析解可用来检验人工冻土温度场数值计算结果的准确性、收敛性与稳定性,还可以借鉴其数学上的结果用来启发发展各种计算技巧。     

人工冻土地基模型试验温度场预测分析

以冻结法施工为原型,进行了人工冻土地基室内模型试验。通过监测地基模型测点处的温度变化,研究了人工冻土地基的温度场变化规律。将支持向量机与人工鱼群算法相结合,建立一种新的人工冻结温度场预测模型,应用该模型对室内冻结模型试验进行温度场实时预测,为冻结法工程的施工设计提供依据。     

天津地铁2号线联络通道冻结法施工温度场数值模拟

对天津地铁2号线博山道—津赤路站联络通道的冻结法施工温度场进行了数值模拟。考虑相变因素给出了人工冻土温度场方程和边界条件的设置,得到了冻结过程中温度场变化以及冻结壁的发展过程,对冻结管附近设置温度探测点得到了不同位置处人工冻土温度变化趋势。通过对冻结管外壁的热流密度积分得到了冻结管的散热率,根据换热公式对制冷系统的制冷量和冷冻液流量进行了评估。     

土在冻结过程中的温度场研究

在冻结法施工中,冻土帷幕的三维温度场预测是一个重要内容。首先对土冻结过程中的热传递现象进行了定性分析,然后通过相关资料演绎了冻土温度场的理论计算公式和热物理参数公式,最后应用有限元软件ABAQUS并结合模型槽冻结实验,在考虑相变潜热的基础上,建立了1根水平冻结管、2根水平冻结管、3根冻结管(2根水平冻结管+1根倾斜冻结管)的三维温度场模型。通过对不同模型三维温度场的比较,得到了冻结管数量、布置方式对冻土帷幕的形成速度和范围的影响。通过与相关测点测试数据的比对,建立了土体温度随时间的变化曲线,揭示了土体在人工冻结过程中的三维温度场发展变化规律。     

人工冻土帷幕的冻结过程研究

人工冻土帷幕具有广泛的应用前景。研究表明,冻土的均匀性和冻结状态是影响人工冻土帷幕强度的重要指标。冻结方向、受力方向、冻结时间影响下的冻结锋面发展情况和温度场规律是描述冻土力学性能差异的四个重要特征。该文通过分析这些指标和特征,完善了人工冻土帷幕的分析计算内容,有助于验证冻结时间、冻结位置等重要工程指标的正确性。     

人工冻土冻结过程中热–力耦合的数值模拟方法研究

随着地下工程的发展,人工冻结法已成为地下工程建设中常用的技术。关于人工冻土在冻结过程中温度场的发展规律以及冻结过程中因为冻胀产生的对周边环境的影响有待于进一步深入的研究。通过室内试验得出了热物理参数随温度场的变化规律,结合天津地铁某联络通道的人工冻土工程,提出并建立了人工冻结过程中考虑热物理参数随温度变化的热–力耦合的数值计算方法,利用该方法计算分析了人工冻结过程中土体的温度场和位移场的发展规律,通过与实测数据对比,证明了该方法的可行性,成果可以指导人工冻土工程的设计与施工。     

主隧道结构散热对联络通道冻结效果的影响

 在采用人工冻结法施工的联络通道中,主隧道管片的散热对管片附近土体的冻结效果有很大的削弱作用。通过施工现场的温度监测数据,研究管片散热对联络通道中土体温度场发展状态的影响,发现管片外侧喇叭口部位土体无论在冻土温度还是在冻土帷幕的厚度上都较未受影响区相差很大,受影响区冻土帷幕厚度最小处仅为未受影响区厚度的一半,且随着冻结的持续进行,喇叭口部位土体的温度场在一定时期达到热交换的平衡状态,持续冻结对此区域的冻结效果增强不明显,只会降低未受管片散热影响区域的土体温度。绘出冻土帷幕的发展变化过程。最后在影响分析的基础上对联络通道的安全施工提出了建议。     

冻土帷幕平均温度“成冰”公式的适应性研究

“成冰”公式广泛应用于人工地层冻结法的冻土帷幕平均温度的计算，为了确定“成冰”公式的适应性，本文以基于巴霍尔金温度场理论的冻土帷幕平均温度计算方法为基础，考虑了影响人工冻土冻结温度的定量、定性因素，运用数学理论，分析了“成冰”公式在人工地层冻结中计算平均温度的适应性。结果表明，“成冰”公式不适合用于冻土帷幕平均温度的计算。     

变热物性非稳态导热下人工冻土温度场解析解

为优化冻结方案、准确掌握人工冻土温度场发展状况、处理紧急情况,需要了解变热工参数对人工冻土温度场的影响。以圆形断面为计算断面,在特定的温度场定解条件下,假定变热系数随径向按照一定规律变化,从而推导了平面极坐标下人工冻土温度场方程的解析解,得出了三种不同变化形式下的温度场变化情况,并可以根据算出的温度场方程反推冻结冰峰移动情况。     

季节冻土层下人工冻土墙温度场试验研究

文中研究季节冻土层对人工冻土墙温度场的影响。研究结果表明,季节冻土层有无及季节冻土层温度的不同对冻土墙轴面和界面交点处的温度存在影响。季节冻土层温度越低,人工冻土墙温度变化速率越快。随着季节冻土层温度的升高,人工冻土墙最终温度也有所升高,当无季节冻土层时人工冻土墙温度变化速率最慢。试验结果对利用天然冷能节省人工冻结耗能技术在实际工程中的应用具有一定的实用价值和指导意义。     

Sensitivity analysis of thermal factors affecting the nonlinear freezing process of soil

In the construction of artificial freezing methods and cold region engineering, the determination of the accurate temperature field is the demand of both ensuring the stability of frozen soil and reducing the project investment. Affected by the external environment, phase change latent heat, non-linear thermal parameters, etc., the temperature evolution of the soil freezing process is a non-linear form, and the temperature field evolution will be more complex with the change of different influencing factors. Scientific control and utilization of the influencing factors of the frozen soil temperature field play a vital role in improving the freezing efficiency and accuracy of the soil temperature field. This study aims to analyze the sensitivity of thermal factors on the nonlinear formation process of frozen soil temperature field, and to provide the results for the control of various factors in frozen soil engineering. A freezing model test was designed and implemented, the boundary conditions and temperature evolution in the model were monitored. Meanwhile, the thermal parameters and unfrozen water content of the model soil were tested indoor. Then the theoretical relationship between unfrozen water content and parameters was deduced to determine the variation range of unfrozen water content. The boundary condition values (including the maximum, minimum and average values) and thermal parameters were used in the orthogonal simulation of the freezing model, respectively. The temperature simulation values were compared with the model test values, and the factors affecting the nonlinear heat transfer of frozen soils were analyzed quantitatively by both the range method and variance analysis method. Several suggestions of the vital factors in the soil freezing construction were offered based on this research.     

深基坑圆形冻土帷幕力学性能的模型试验研究

 利用自行设计加工的大型深基坑冻结模拟试验台，进行大直径圆形冻土帷幕受力与变形的物理模拟试验，获得深基坑开挖过程中圆形冻土帷幕水平位移随基坑开挖深度、开挖半径和冻土平均温度等影响因素的变化规律以及冻土帷幕暴露段水平变形规律。试验结果表明，冻土帷幕水平位移随基坑开挖深度和开挖半径的增大而增大，随冻土的平均温度降低而减小。随着开挖深度的增加，冻土帷幕暴露段的水平变形不断增大，且表现为“中间大、两头小”的变形特征；不同温度下冻土帷幕的弹性变形占总变形量的比值不同，由－4 ℃时的30%增加到－18 ℃时的90%。对几个影响因素进行综合分析可知，冻土帷幕水平变形的主要影响因素是基坑半径和开挖深度，而帷幕平均温度、厚度及施工段高的影响相对较小。     

冻土墙墙体时空扩展的材料非线性有限元分析

运用有限元分析程序 ,完成了对热物理参数非线性变化的土体材料人工冻结过程的计算分析 ,模拟了冻结结构时空扩展过程 ,深入研究了土体内的温度分布以及能量消耗等具有实际工程意义的问题 ,在此基础上推导出关于冻结过程的能量消耗计算的一般形式 ,对人工冻土墙的工程设计具有重要的意义。     

季节性冻土地区土壤冻结深度的研究

季节性冻土在新疆分布广泛,冰冻期长达3-6个月之久。因此,抗冻设计是工程建设中必须重视的问题。其中冻土深度的合理确定是季节冻土区防冻设计的主要内容之一。本文通过调查研究和理论分析,对影响土壤冻结深度的气温、地下水位、土质和含水量等因素进行了分析探讨,提出了冻土深度合理的取值方法,为工程建设提供有益的参考。     

人工冻结竖井中冻土壁强度与变形分析*

 在K0排水固结后再冻结(K0DCF)过程下，通过冻结兰州砂土和冻结兰州黄土的卸载剪切试验发现，不同围压下两种土质的应力-应变曲线均类似于理想刚塑性应力-应变曲线，但是K0固结段却表现出明显的差异。他们的屈服强度随围压的增大而线性增大，且黄土的屈服强度明显大于砂土；破坏变形随围压的增大也线性增大。他们的屈服强度均随温度的降低而增加，但黄土的强度值明显大于砂土；对破坏变形则存在两种不同的关系，对砂土，随温度的降低破坏变形降低；对黄土，随温度的降低破坏变形逐渐增大。     

冻土通风管路基的温度场分析与设计原则探讨

通风管冷却系统是一种普遍应用的防止冻土退化的工程处理措施。针对青藏铁路高温冻土路段通风管设计与施工中的基本问题 ,通过系统数值仿真试验结果 ,考虑了通风管管间距 ,通风管管径以及通风管埋设高度等因素对冻土路基温度场的影响 ,分析了通风路基在各种因素影响下的冷却效果 ,再考虑到通风管的变形与强度以及冻土路基的稳定性要求 ,提出了通风管路基的设计原则     

不同因素对浅表土导热系数影响的试验研究

土体导热系数是预测人工冻结温度场发展、冻结壁厚度的重要参数,主要取决于固体颗粒成分、含水率和土体密实程度。本文以南京地区浅表土为研究对象,开展了常温与-10 ℃冻结时含水率、干密度对淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土、粉砂导热系数的影响规律研究。研究结果表明:土质、含水率、干密度对导热系数影响显著,在试验含水率与干密度范围内,导热系数随含水率、干密度增加呈近似线性规律升高;冻土导热系数大于常温土导热系数,随含水率增加冻土导热系数的增加幅度与干密度相关。     

季节性冻土和多年冻土对场地地震反应的影响

季节性冻土和多年冻土的存在，对场地的地震反应将产生一定的影响。根据一维波动理论，应用水平层状场地地震反应的等效线性化有关程序，对季节性Ⅰ，Ⅱ类场地的冻土区和多年冻土区在不同地震波作用下的反应进行计算，分析冻土层的变化对场地地震反应的影响。计算结果表明：在季节性冻土区，冻土层使自由场地的地面峰值加速度减小，且随冻土地温降低，冻土厚度增大、地面的加速度减小。对Ⅱ类场地的冻土层影响大于Ⅰ类场地；在多年冻土区，冻土层厚度越大，Ⅱ类场地的地面加速度越小，而在Ⅰ类场地上没有此规律。多年冻土上界以上为融土时，地表面的加速度峰值比上界以上为季节性冻土时要大。