考虑相变潜热的冻结温度场非线性分析

基于考虑相变潜热的有限元分析原理,结合现场实测,采用非线性有限元方法对某矿井筒冻结温度场进行了数值模拟,深入分析了冻结温度场、冻结壁平均温度和冻结壁有效厚度的发展规律。有限元计算结果与现场实测结果基本一致,较好地反映了实际情况。     

任楼矿北风井冻结壁温度场数值分析研究

本文借助ANSYS软件建立二维温度场数值模拟,对任楼煤矿改建工程北风井冻结温度场进行数值分析。根据实测的盐水温度荷载和测温孔实测数据进行数值计算与反演,得到不同阶段冻结温度场的发展情况,得出冻结锋面的推进速度和方向、冻结壁的厚度和平均温度等关键参数。     

冻结孔偏斜下冻结壁温度场的形成特征与分析

冻结法工程中的造孔总存在一定的偏斜,以工程实际参数为基础,考虑了土层中水的相态变化和冻结温度随冻结时间变化等因素,利用大型有限元软件,对冻结孔随机偏斜和无偏斜条件下冻结壁的形成及其温度场特征进行详细地分析,得出了冻结管偏斜下,冻结孔交圈时间、冻结壁厚度、冻结壁平均温度等主要技术参数,提出了偏斜条件下冻结壁平均温度的计算公式,对深井冻结设计和多排冻结管温度场的研究有重要的参考价值。     

寒区浅埋输油管线冻胀安全性分析

针对寒区输油管所在区域特殊的地理气候环境,适当选取输油管工程中涉及的物理参数和数学物理模型,尽可能真实地模拟地面和输油管区域的边界条件,建立寒区浅埋输油管线耦合冻结过程的有限元分析模型;在此基础上采用现有有限元分析软件（ANSYS）分析地面温度周期变化情况下,地面以下土体内温度场分布和土体的冻结情况,确定最大冻结深度与冻结线随时间的变化;最后进行热应力分析,确定了土体季节性冻、胀融化过程中油管壁的应力随时间变化情况以及油管的竖向位移,以此计算结果来评价寒区输油管线的使用安全性。     

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。     

煤矿立井冻结壁温度场演化规律数值模拟分析

为了研究煤矿立井冻结壁温度场发展规律,采用COMSOL Multiphysics 多物理场耦合程序,建立了立井冻结壁有限元分析模型,该模型考虑了冻结过程中相变潜热因素影响,模型与工程实际更为吻合。为验证模型的准确性,以某矿风井为研究对象,进行了170 d的冻结过程模拟,并与实测数据进行了对比分析,模拟结果与实测吻合度较好。依据模拟结果,可得出:①冻结过程中,测温孔温度呈负指数型下降,最终趋于恒定值;②冻结壁厚度初期增长幅度较大,而进入156 d增长趋势趋缓,最终趋于稳定,厚度达到8.2 m;③主面温度曲线以冻结管位置为中心呈V型发展,界面温度曲线则近似呈弧形发展。本模拟方法为冻结壁温度场研究提供了一种新的分析手段,相应研究成果对冻结法凿井准确把握井壁温度场演化具有较好参考价值。     

隧道冻结法施工三维有限元温度场及性状分析

人工冻结法是一种经济可靠的隧道联络通道开挖方法.冻结壁厚度是否达到设计要求是安全施工的重要保证.考虑实际施工过程中冻结管偏斜布置的情况,利用三维有限元方法对上海复兴东路越江隧道联络通道进行温度场模拟.针对冻结壁最薄弱的地方,分别在冻结壁底部、中部和顶部建立路径,并绘制每条路径不同时间点的温度分布曲线,最后分别分析了盐水温度、导热系数、焓三个因素对温度场分布的影响,得出有意义的结论,对联络通道安全施工有重要参考价值.     

渗流作用下单圈管冻结温度场数值模拟

通过采用COMSOL Multiphysics有限元分析软件,建立渗流作用下单圈管冻结的简化分析计算模型,定性的分析渗流作用对冻结温度场的重要影响。结果表明,地下水渗流作用会对冻结温度场产生很大的影响,表现为降温区范围缩小,冻土形状不规整,上游温度高于下游温度,冻结壁扩展速度降低,冻结壁交圈时间增加。当渗流速度增到一定程度时,过大的流速会导致冻结壁不能交圈。     

隧道冻结壁解冻温度场演化规律研究综述

文中介绍了冻结法在隧道中的应用,阐明了隧道冻结法施工冻结壁温度场的发展情况一直是工程中关注的热点,并分别从现场实测、理论解析法、相似模型试验和数值模拟等方面,对隧道冻结壁解冻温度场演化规律的研究现状进行了综述,指出了当前温度场研究存在的不足对未考虑冻结壁温度梯度的影响,最后提出隧道冻结壁解冻温度场研究中存在的问题和今后研究方向。     

冻结加固盾构端头土体温度场数值分析

在人工冻结加固盾构到达端头土体施工过程中,土体温度是关系到冻土帷幕发展情况以及确定盾构机推进时机的重要参数。以南京地铁二号线集庆门车站北端头盾构进洞冻结加固工程为背景,利用大型有限元数值分析软件建立数学模型对冻结和自然解冻温度场进行计算,研究了多圈水平冻结条件下温度空间分布及温度随时间变化规律,并对左线开挖后垂直冻结管停冻和不停冻两种方案对温度场的影响进行对比,研究表明:采用多圈水平冻结并合理布置冻结圈径可以显著加快冻结壁的形成,从而缩短工期;自然解冻时存在两个解冻锋面,其中管片散热对解冻影响较大;自然解冻时温度上升速率先快后慢,而解冻锋面推进速度则越来越快;在左线开挖后可以停止左、右线洞门之间垂直冻结管的冷媒循环,同样能够保证右线冻结壁厚度达到设计要求。     

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。     

使用塑料冻结管的液氮冻结温度场试验研究

温度场分析是判断冻结土体性状进而反映冻结效果的重要手段,而盾构出洞液氮冻结加固中使用塑料冻结管对温度场的分布有较大影响。为获得使用塑料冻结管液氮冻结温度场的分布规律,以相似理论为基础,使用塑料冻结管进行上海淤泥质黏土的液氮冻结物理模拟试验,得出结论如下:沿塑料冻结管长度方向,冻结管壁的温度差别较大,造成不同位置冻结壁的发展范围不均匀,在冻结循环的末端管壁温度最高,冻结效果相对较差。冻结形成冻结区内的温度分布曲线较陡直,而在冷却区的温度分布曲线较平缓,其温度梯度较使用钢管的液氮冻结时小。在土层性质确定的情况下,液氮灌注状况、冻结管间距、冻结时间是影响液氮冻结效果的主要因素。冻结过程中,采用较小的冻结管间距,可以加快冻结速度,缩短冻结时间,发挥液氮冻结优势。研究结果表明,塑料冻结管可以应用于液氮冻结加固施工,研究成果可以为液氮冻结的工程应用提供有益的参考。     

上海市复兴东路隧道联络通道冻结法施工温度场分析

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。但是,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,冻结壁的厚度控制是非常重要的环节。为此,在考虑冻结管偏斜条件下对上海某隧道联络通道冻结法施工过程中的温度场进行了有限元分析。结果有助于进一步了解冻结施工过程中温度变化和分布的规律,对此工法的安全性和经济性控制亦有裨益。     

盾构尾刷冻结法更换的温度场数值分析

 对上海长江隧道长距离盾构掘进中盾尾刷更换预案的冻结法施工温度场进行三维有限元数值分析,对此特殊冻结法的可行性和可靠性进行论证。根据冻结法盾尾刷更换方案,依照实际工程的地质条件、盾构和管片结构以及密封油脂等相关介质的热物理性质,考虑盾尾刷更换的具体工艺,采用ANSYS软件对盾尾刷更换施工过程进行温度场数值计算,在此基础上对冻土帷幕的发展、厚度变化和封闭性进行分析。结果表明,开始冻结后在盾尾可以很快形成封闭的环形冻土帷幕并稳定发展,拆卸临时管片进行盾尾刷更换过程中,冻土帷幕略有弱化但很快转入继续增长并进入稳定的安全状态,论证设计的冻结法盾尾刷更换方法的可行性和可靠性。     

水泥改良土地层联络通道冻结温度场分析

地铁工程联络通道施工中,人工冻结加固土层的温度场研究目前大部分还是集中在天然土层方面,对水泥改良土地层中冻结温度场的发展与特性研究较少.文章系统研究水泥改良对联络通道地层冻结温度场的影响,建立联络通道冻结开挖三维数值模型,考虑导热系数、比热容、相变潜热等影响因素,综合实测数据以及试验,对天然土层以及水泥改良土层中冻结温...     

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。     

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。     

非均质多圈管冻结壁三场耦合数值模拟研究

本文主要应用冻土耦合基本理论以及考虑冻土的流变性和非均质性,采用ADINA非线性有限元软件,根据模型试验的条件建立数值计算模型并设立计算边界条件,分析了非均质冻结壁冻结温度场、水分场和冻结应力场的发展特性,结果表明:①各圈管不同位置冻结主面温度呈现不同的分布形式;②温度梯度是影响水分迁移的主要因素;③冻土的冻结应力在冻结管处最大,在冻结管的两侧呈抛物线形状衰减趋势。     

基于冻土正交各向异性冻胀变形的隧道冻结期地层位移数值分析

 针对隧道水平冻结法施工的特点,综合考虑地层温度、地表对流等各类初始和边界条件及土体的相变潜热过程,建立隧道水平冻结温度场的数学模型。定义土体的冻胀率为瞬时体应变,考虑冻土的正交各向异性冻胀变形特征,即冻胀变形主要发生在沿热流方向(温度梯度方向),引入变形特征系数的概念,从而导出土体温度降至冻结温度后而产生的瞬时热应变分量(冻胀应变分量),并建立地层冻胀的弹塑性热力耦合数学模型。基于ABAQUS有限元软件的二次开发技术,编制冻土正交各向异性冻胀变形的用户子程序,从而提出隧道水平冻结期地层位移的热力耦合数值分析方法。将该方法应用于某浅埋大断面地铁隧道水平冻结工程中,获得地层冻结温度场和冻胀位移场的分布规律,并与现场实测结果相比较,验证数值分析方法的可靠性,同时表明地层位移分析中考虑冻土正交各向异性冻胀变形特征的必要性。