富水粉细砂层水平冻结效果试验及数值模拟

通过开展富水粉细砂地层双管水平冻结室内模型试验,研究不同盐水温度(-20,-25,-30℃)对冻结壁厚度、冻结交圈时间、最终冻结温度以及冻结范围的影响,并建立了水平冻结数值模型,通过与实测数据的对照,验证了数值模型的正确性;而后进一步模拟双管冻结下初始环境温度、渗流速度、双管净距对冻结温度场的影响。研究结果表明：初始环境温度升高导致冻结壁厚度减小、推迟冻结时间,但对最终的冻结温度影响较小;地下水渗流将会使冻结温度场冷量向渗流区下方迁移,渗流区上方冻结壁厚度小于渗流区下方冻结壁厚度,渗流速度越大,厚度差越大;双管净距的增加将会使冻结壁厚度减小,冻结交圈时间大幅度延长,导致冻结温度升高。     

大流速渗透地层人工冻结壁形成机制室内模型试验研究

为解决在大流速渗透地层人工冻结法施工过程中遇到的一系列工程问题，基于自主构建的大型水热耦合物理模型试验系统，对不同流速条件下的人工冻结温度场的发展规律进行室内模型试验研究。试验结果表明：当v=0和3m/d时，冻结壁在相邻冻结管的中间位置最先交圈，其交圈时间分别为740和840min；当v=6和9m/d时，冻结壁最早交圈位置由中间点向下游偏移50 mm，交圈时间分别增加至1 770和4 250 min；通过对试验数据进行拟合，得出渗流场作用下冻结壁交圈时间的预测公式，并计算预测出冻结壁交圈的极限流速为12.73 m/d。渗流场的存在导致冻结壁的厚度发展不均匀，当v=3,6和9 m/d时，冻结壁向下游扩展的半径与上游扩展半径的比值分别为1.17,1.21和1.81。对冻结过程进行分析后发现，当相邻冻结锋面之间的距离减小至临界值Lc后会产生群管效应，该效应会加快冻结锋面的扩展速度，缩短冻结壁的交圈时间；由于水流的对流传热作用会抵消部分群管效应，因此Lc会随着渗流速度的增加而减小；当流速小于3 m/d时，Lc=400 mm，当流速达到6和9 m/d时，Lc分别减小至154和130mm。本研究成...     

复杂条件下地铁联络通道冻结壁不交圈原因的分析及治理

以北京地铁6号线某区间隧道旁通道冻结法施工为背景,研究在复杂条件下采用常规冻结设计和施工遇到的冻结壁较长时间不交圈问题,提出了冻结壁不交圈的检测判断方法,分析了冻结壁不交圈的地质与环境影响因素。通过对地下水水位、流速和流向的工程测试,得出了大流速是影响冻结壁正常交圈的直接原因,最后采取双排管加强冻结和注浆改变土体渗透性的方法成功解决了大流速中砂夹圆砾地层中冻结壁交圈问题。     

地铁联络通道冻结法施工中涌水成因及防治

以某富水砂卵石地层联络通道人工冻结法施工为依托,就地层热力学参数、冻结参数和施工工艺等对冻结壁的厚度、交圈时间及平均温度等影响进行了研究,分析表明:AGF冻结效果关于热传导系数的敏感度最大,关于比热容和含水率的敏感度次之;冷冻管间距对冻结效果的影响非常显著,冻结法施工时,应加强冻结管开孔位置及倾斜度的控制;冷冻管直径变大,盐水与地层间对流系数减小,会抵消冻结管直径增大的影响;保温层设置不当以及冻结管远端定位缺陷直接影响联络通道与盾构隧道交叉区域的冻结效果,甚至出现冻结壁厚度不足和冻结壁交圈困难等问题,易导致管片开挖时涌水事故的发生。     

渗流作用下富水砂层双排管冻结壁形成规律模型试验研究

针对渗流地层中冻结壁长时间不交圈的难题,根据多孔介质传热理论与达西定律建立渗流场与冻结温度场耦合控制方程,得出两者相互作用机制;基于相似理论,建立渗流作用下梅花型布置双排管冻结模型试验系统,对渗流地层中冻结壁形成的主要影响因素进行正交试验研究,并在相同条件下进行单排管冻结对比试验。研究结果表明:双排管冻结时,地下水流速是影响上游冻结壁厚度的首要因素;孔间距是影响冻结壁交圈时间的首要因素;盐水温度是影响下游冻结壁厚度与冻结壁平均温度的首要因素;在本试验条件下,地下水流速5～25 m/d时,双排管冻结时上、下游冻结壁较单排管冻结时分别增厚62.6%～151.8%,3.7%～33.8%;交圈时间缩短7.1%～91%,冻结壁平均温度降低了12.1%～103.9%;并对冻结壁交圈时间与地下水流速之间进行非线性回归,得出冻结壁在不同条件下能交圈的极限流速;最后提出渗流作用下冻结工程对策,为类似冻结工程设计施工提供参考。     

富水软土基坑组合式冻结加固模型试验研究

近年来随着环保理念的贯彻和对城市水资源保护的重视,许多地区对地下水抽排进行限制,导致大量基坑工程必须寻找新的止水方式。对此,“地下连续墙+水平冻结封底”的组合式冻结加固被提出,利用模型试验对其在不同水压地层中可行性和差异性进行了分析,验证了该支护方式的可行性。结果表明：(1)随着水头高度的增大,冻结壁水分补给速率有所提升,冻结壁交圈时间与地层水头高度呈正相关,而冻结壁厚度与地层水头高度呈负相关关系。(2)临时竖井受地层冻结影响,会有明显冻胀压迫作用,伴随冻结壁发育,冻胀力最终降至某一特定值,并趋于平稳,且其峰值与水头高度成正相关关系;(3)模型试验中冻结壁上部土体的最大位移点位于土体35 cm深度位置,其位移数据为2～3 mm;(4)基坑开挖期间,冻土帷幕的温度随着基坑的开挖和积极冻结的双重作用下能够维持相对的平衡,整个冻结壁保持基本稳定状态。研究成果可为该支护方式在基坑工程中的应用提供理论支撑。     

渗流地层人工冻结壁交圈时间计算方法

为解决目前相关设计规范中尚无渗流地层人工冻结壁设计及计算方法的问题，利用COMSOL Multiphysics有限元软件实现渗透地层温度–渗流场耦合计算，并通过室内试验对计算结果进行验证。通过数值计算研究温度场随渗流速度、冻结管间距、冷媒温度变化的发展规律。结果表明：当地下水渗流速度大于临界渗流速度时，冻结壁不交圈，临界渗流速度与冻结温度梯度之间存在具有良好的线性关系；通过对二者关系进行拟合，提出临界渗流速度的计算方法。借鉴固结理论的思想，提出无量纲化的交圈因数，利用成长函数曲线较好地拟合不同冻结管间距和冷媒温度条件下的交圈因数–渗流速度曲线。在此基础上，建立渗流条件下人工冻结交圈时间计算方法。研究成果可为渗流地层中人工冻结施工设计及计算提供借鉴和参考。     

交叠车站下穿段MJS+水平冻结温度场分析

以南京地铁7号线中胜站下穿既有10号线中胜站工程项目为研究背景,提出了富水承压含水砂层交叠车站下穿施工MJS+水平冻结新工法,通过ADINA有限元软件进行水平冻结温度场数值模拟,获得了富水砂层交叠车站下穿段人工水平冻结的冻结温度场变化规律,并对比分析了MJS加固端部采取保温措施与否的冻结温度场发展规律,研究了因MJS水化热产生的不同地层初始温度和不同季节施工对冻结温度场的影响。结果表明:随冻结时间增加,冻结锋面发展速度先快后慢,冻结40 d时,冻结区内土体温度维持在-13 ℃以下;无论是在MJS加固区的顶部、中部还是底部,距离冻结管越近,其温度下降速度越快,最终土体温度也越低;MJS加固区中地层初始温度平均每升高4.54 ℃,内部土体达到设计厚度所需时间延长1 d;夏季必须对端部采取保温措施,否则无法形成所需厚度,对端部采取保温措施后,端部冻结交圈时间减少2 d,冻结40 d时端部冻结壁厚度增加了2.6倍。相同地层初始温度和冻结设计方案下,冬季施工能有效增强端部位置的冻结效果。研究成果可指导实际工程施工,同时为国内相似地层类似工程设计、施工提供技术支撑。     

拱北隧道管幕冻结法管间冻结封水效果实测研究

基于现场实测数据,对拱北隧道管幕冻结法暗挖工程不同阶段的管间的实际冻结封水效果进行了分析。对于积极冻结期的两种不同交圈模式,利用单管公式对管间冻土厚度进行计算,结果表明在工程允许的时间内管幕间冻土即可形成交圈,从而说明管幕具有初步的封水性能。交圈后,利用双管公式对管间冻土厚度进行计算,结果显示冻土帷幕发展并不均匀,纵向上靠近中间的冻土发展好于端部的,横向上靠近下部的冻土发展好于上部的,此外台风等自然灾害对于地表附近冻土的影响是可控的。对于开挖期,管间温度实测数据表明：试开挖期间对施工进度的严格精细控制有利于减小管间冻土的弱化;正式开挖期间开挖热扰动对于接近紧挨开挖面的冻土造成显著影响,而稍远一些的冻土则几乎不受影响。考虑20 cm的折减后,冻土帷幕仍能保持足够的冻土厚度以达到封水效果。研究验证了管间封水效果,论证了工法的合理性,为以后类似工程的开展提供了借鉴和指导。     

巨厚流砂层井筒冻结壁形成及成因分析

为研究巨厚流砂层地质条件下井筒冻结壁的形成规律,应用计算机测温系统对袁大滩回风立井不同层位温度进行监测,并按照传热学原理对监测结果进行成因分析,结果表明,冻结壁交圈前后冷量交换条件产生变化,主冻结孔内、外侧冻结壁变化规律不同;巨厚流砂层冻结壁发展速率在纵向上轨迹相似,内侧快于外侧;这些结论的取得为相同地质条件下井筒冻结施工提供了参考借鉴。     

High-speed sludge freezing

The investigation examined the feasibility of applying a "high-speed freezing technique, using liquid nitrogen freezing, to condition activated sludges and alum sludges. Experimental results indicate that the freezing speed is much faster than that adopted in most previous works on sludge freezing. Although the filterability and settleability of the alum sludge is improved by 3-min liquid nitrogen freezing, no similar improvement is observed for activated sludge. Moreover, curing affects neither sludge after liquid nitrogen freezing, but affects the slow-freezing activated sludge.     

柴油结冰引发的思考

一台ZL50型装载机,在进入冬季第一次作业时,启动后不久便熄火,用手动泵泵油,排除燃油管路内的空气,再次启动后不久仍然熄火.检查油箱至输油泵油管和输油泵至柴油滤清器的油管,都没有堵塞处,拆检柴油滤清器,发现滤芯被冰封住了.清洗油路、换用低凝点柴油后,柴油机恢复正常工作.     

关于氨—盐水冻结系统的探讨

在充分了解氨—盐水冻结系统基础上,对整套制冷系统的热传递进行了分析,从节能的角度进行了研究,同时又论述整个系统中存在的问题,力求引起施工者的高度注意和改进,以达到节能安全的效果。     

冷却塔及冷却水系统试运行常见弊病及对策

通过对冷却塔及冷却水系统安装调试,列举了冷却塔施工中的常见弊病,并对弊病产生的原因进行了分析,提出了相应的解决对策,从而为以后的设计和施工提供参考。     

Concentration of impurities by progressive freezing

Attention is drawn to the exceedingly useful, but often neglected freezing method for the concentration of aqueous solutions and suspensions or sludges. The use of freezing is based on the fact that when ice is crystallized from an aqueous solution or suspension, the crystal is built up by pure water, leaving the impurities in the remaining liquid.The fundamental phenomenon of the interaction between a solute or suspended particle and an ice-water interface during freezing is described extensively. The presented experimental work reveals the fact that particles of different kinds, sizes and shapes interact in different ways with the solid-liquid interface. Variables such as freezing rate, applied shear forces, and added chemicals strongly affect the impurity migration.     

Frost heave and freezing processes of saturated rock with an open crack under different freezing conditions

Frost heave experiments on saturated sandstone and tuff with an open crack are conducted under uniform and unidirectional freezing conditions. Frost heave of crack in sandstone with high permeability is more significant under uniform freezing condition than that under unidirectional freezing condition. However, frost heave of crack in tuff with low permeability is more significant under unidirectional freezing condition. To illustrate the reasons for this phenomenon, a numerical model on the freezing processes of saturated rock with an open crack considering the latent heat of pore water and water in crack is proposed and confirmed to be reliable. Numerical results show that a frozen shell that blocks the migration of water in crack to rock develops first in the outer part of the rock before the freezing of water in crack under uniform freezing condition. However, the migration path of water in crack to the unfrozen rock under freezing front exists under unidirectional freezing condition. The freezing process and permeability of rock together determine the migration of water in crack and lead to the different frost heave modes of crack for various permeable rocks under different freezing conditions. The frost heave modes of crack in rock with low or high permeability are similar under uniform freezing condition because water migration is blocked by a frozen shell and is irrelevant to rock permeability. For high permeability rock, the frost heave of crack will be weakened due to water migration under unidirectional freezing condition; however, the frost heave of crack would be more significant for low permeability rock because water migration is blocked under unidirectional freezing condition. Therefore, the freezing condition and rock permeability determine the frost heave of rock with crack together, and this should be concerned in cold regions engineering applications.     

立井井筒冻结法施工中预防冻结管断裂的措施

对立井冻结法凿井施工过程中的冻结管断裂问题进行了分析,找出了冻结管断裂的主要原因,分析原因并结合以往施工经验,总结出一套切实有效的处理措施,并通过实践提证明他了该处理措施的可行性。     

冻融过程中未冻水含量及冻结温度的试验研究

 土体冻融过程中的未冻水含量是控制水分迁移及冻胀融沉的关键因素,而冻结温度是判断土体是否处于冻结状态的重要指标。基于频域反射法(FDR),测定不同初始体积含水率条件下青藏高原粉质黏土,冻融过程中的体积未冻水含量及温度变化,分析引起体积未冻水含量及冻结温度产生差异的主要原因。试验结果表明：初始含水率较高的土体,冻结过程中出现了很明显的过冷现象以及温度和体积未冻水含量的突变,而初始含水率较低的土体,这种现象并不明显。初始含水率较大的土体冻结先于初始含水率较小的土体,并且对温度突变的敏感性大于初始含水率较小的土体。对冻融过程体积未冻水含量的滞后分析发现,体积未冻水滞后度?θ和温度滞后度?T均是先增大后减小,体积未冻水滞后度?θ的峰值发生在相变区附近,其峰值随着初始含水率的增大而增大。当初始含水率等于或高于液限含水率时,含水率对冻结温度影响不大;当初始含水率低于液限含水率时,冻结温度随含水率减小而降低。     

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。