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。     

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。     

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。     

软土地层单排管冻土帷幕温度场分析

人工冻结法施工技术是软土地区隧道施工的一种经济可靠的方法,在上海地区得到了多次成功应用。不过,由于计算理论的不完善,也出现过诸如上海地铁四号线透水的重大工程事故。在冻结法施工过程中,冻土帷幕的温度场分析是非常重要的环节。作者对冻土的物理和力学性质作了相关的定性分析。通过相关的研究资料和实验数据总结了具有实用意义的单孔和单排孔温度场温度计算理论公式,并运用Ansys有限元软件,结合上海长江隧道工程冻结法施工的相关施工数据,建立了单排冻结孔数值计算模型。通过理论计算值、数值计算值和实际监测信息的比较,得出了单排孔冻结帷幕温度场发展变化的相关规律。     

人工冻融黏土导热系数试验研究

基于TC3000型热线法导热系数测试原理,研制了人工冻土导热系数测试系统,该系统具有温度精度高、测试速度快、测试灵活等优点。对冻结地下工程岩土进行了导热系数试验研究,获得人工冻结黏土随干密度、含水率、外界环境温度变化对冻土导热系数的影响规律。试验结果表明:冻融土导热系数随干密度呈线性增加,平均增长速率为0.20~0.25 W/m·K之间;冻融土导热系数随含水率变化平均增长速率相差不超过0.03 W/m·K;温度每降低1℃,冻融土导热系数增加0.01~0.014 W/m·K。研究成果可为类似冻结工程中测试土体导热系数提出一种新的有效方法,对人工冻结温度场计算具有重要指导意义。     

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。     

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。     

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。     

人工冻结法技术应用方法研究

目前,在冻结法市政工程中的应用中,多采用监测温度的方法来反映冻结工程中存在的问题。而单纯根据监测数据,并不能系统地分析冻土帷幕场的发展规律。本文依托上海长江隧道1#联络通道冻结工程,采用了温度监测、解析计算和数值计算三种方法。通过这三种方法对比和结合分析,得出冻土帷幕温度场的形成规律,并计算出冻土帷幕厚度及平均温度等指标,进而指导并确保在这种复杂工程中冻结施工的安全。     

人工多圈管冻结水热耦合数值模拟研究

人工多圈管冻结过程中温度场和水分场的计算,是一个多物理场耦合和非线性数学问题,其影响因素多、相互之间关系复杂。基于相似理论原理和人工多圈管冻结模型试验,提出渗流方程中的导水系数是温度梯度的函数,建立了多圈管正冻土中水热耦合数学模型,并采用有限元方法实现了对多圈管冻结温度场和水分场耦合的数值分析。数值模拟温度场的发展趋势、水分场迁移特征与模型试验吻合良好,表明用提出的水热耦合数学模型计算多圈管冻结温度场和水分场是可行的,对多圈管冻结壁设计有参考意义。     

北京地铁隧道水平冻结和暗挖施工模型试验与实测研究

将人工地层冻结模型试验研究应用于工程实施中,针对我国隧道内首例长距离水平地层冻结和暗挖工程,在冻土壁温度场、地层应力、位移场等方面进行了测试,取得了和工程实测一致的规律和定量结果。说明解决复杂条件下的地下工程施工难题,模型试验研究是一种有效的技术辅助手段。     

复杂环境下浅埋暗挖隧道穿越薄富含水层的冻结技术研究

<正>一、主要技术内容(1)针对城市浅埋富含水层复杂工况下隧道开挖常用辅助工法,分别从工程地质条件的适用类型、对周边环境影响程度以及周期性、经济性多方面进行对比,并重点研究人工冻结法的适用性及具体方案;(2)冻土热物理力学性能试验研究,包括热传导性、冻结温度以及不同温度下冻土力学性能,为人工冻结法设计与施工提供依据;(3)采用ADINA进行温度场的数值模拟,重点研究冻结壁发展与冻结管间距、土层性质、盐水温度之间的关系,开展冻结参数取值优化研究,为人工冻结法冻结方案科学设计     

人工冻结技术应用进展

通过对冻结法的基本原理和施工方法的介绍，研究了冻土温度场的发展，以及温度场与冻结壁发展的关系，分析了目前人工土冻结研究中亟待解决的主要问题，对进一步提高国内人工土冻结应用研究水平阐述了看法。     

基于热参数和土水势变化的冻土冻结势研究

针对冻土热参数、土水势在不同温度条件下的变化趋势缺乏统一表述的问题,提出了冻土冻结势概念。为通过不同温度下的热参数和土水势变化率得到冻结势的表达式,首先,基于Johansen法反演不同温度下的冻土未冻水含量,根据未冻水含量计算出冻土热参数理论值,得出热参数在不同温度下的变化率;其次,通过土水特征曲线研究了冻土土水势随未冻水含量的变化关系,得出了冻土土水势在不同温度下的变化率;最后,根据以上计算结果拟合出了冻结势函数。研究结果表明:热参数及土水势在不同温度下产生不均匀变化的根本原因是未冻水含量的不均匀变化;随着土体温度的降低,未冻水含量、土水势、热参数先发生剧烈变化,随后变化趋势减缓并趋于某一数值;在温度为0～-5℃时,冻土冻结势急速发展,当温度低于-5℃时冻结势发展趋缓,由此得出0～-5℃是重塑冻土热参数和土水势性质的剧变区间。在此基础上,依据冻结势函数拟合出一种考虑温度变化的导热系数计算方法,该计算方法能较好地预测不同温度下冻土的导热系数。     

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。     

人工冻土冻结温度影响因素灵敏度分析

确定影响人工冻土冻结温度因素的灵敏度,对冻结法施工中科学掌握冻土温度场的发展有重要意义。本文较全面地考虑了影响人工冻土冻结温度的定量、定性因素,运用人工智能理论,提出一种预测人工冻土冻结温度的新方法,在此基础上,分析了各影响因素的灵敏度,对准确预测人工冻土温度场发展有重要意义。     

琼州海峡隧道盾构对接冻土帷幕温度场数值分析

盾构对接冻结法加固时,确定冻结方案、掌握冻土帷幕温度场发展与分布规律等是需要解决的关键问题。依托琼州海峡隧道盾构对接工程,运用有限元软件建立直管冻结和半圆环形冻结两种数值模型,对冻土帷幕温度场的发展规律进行研究,主要得出:两种模型冻土帷幕在各个切片上都能满足设计要求,故在琼州海峡隧道盾构对接时采用冻结法加固是可行的;随冻结时间的增加,两种模型的冻结壁都是以冻结管为中心开始生成并慢慢相交,最后形成封闭的冻土帷幕以达到止水支护效果;直管冻结的冻土帷幕生成时间更短且最终生成的冻土帷幕厚度更厚。所得结果可为今后类似工程设计提供了参考依据。     

多年冻土地区路基温度场和水分迁移场耦合问题研究

基于冻土路基特殊的工程性质,对水分迁移结果即含水量变化对温度场的影响特别是对热物理参数的影响进行了研究,考虑温度变化对土体水分迁移机理及计算方法进行了研究,提出了冻土路基水热耦合计算模型,并给出了水热耦合计算的总体流程图,实例计算揭示了冻土路基温度场和含水状态的横向差异。     

上海长江隧道冻结监测优化设计及数据分析

以上海长江隧道联络通道冻结加固工程为背景,详细介绍了1# 联络通道人工地层冻结法工程的监测设计,提出了冻结监测的设计原则,对冻结监测数据进行了深入分析。通过盐水温度监测判断冻结设备运转情况,通过冻土帷幕监测得出冻土帷幕发展规律、冻土帷幕交圈时间、冻土帷幕有效厚度等。然后,将监测分析结果与解析计算对比。研究结果表明:通过优化的冻结监测设计,不仅减少了对管片的破坏,而且用较少的测点就可以实时地、准确地判断人工地层冻结法的土体加固效果。本文监测优化设计的思路和数据分析方法可以为同类工程的设计和施工提供指导。     

地铁隧道联络通道冻结帷幕形成分析

结合上海地铁某旁通道冻结工程,根据人工冻土温度场的基本理论和工程实测数据,提出了工程实用的冻结帷幕形成分析方法,包括冻土帷幕的厚度、平均温度、界面宽度、卸压孔压力变化规律和探孔检查情况,通过实测的卸压孔压力上涨规律,判断冻土帷幕交圈时间,最后,通过探孔检查和工程开挖验证了理论分析的可靠性。本文为确定旁通道冻结工程适宜的开挖时机提供有效的分析方法,对类似冻结工程具有指导意义。