基于有限元法的冻结温度场反演分析及预测

介绍了基于平面有限元模型的冻结温度场数值反演及模拟方法,考虑冻结孔实际偏斜和测温孔实测温度数据,进行冻结温度场反演和预测研究。得到模拟计算结果与冻结工程中测温孔温度实测值有较好的一致性,说明冻结计算温度场分布规律有较高的精度。     

竖向直排人工冻结施工土体温度及冻胀力

针对直排竖向全长冻结管布置方式,进行了冻结壁形成过程、温度分布、冻结锋面移动规律研究,根据冻胀力计算原理,基于符合工程实际的合理简化,推导出竖向直排冻结壁情况下的温度分布和冻胀力计算公式,给出了冻结壁周边任意位置的土体冻胀力估计值。对双树子煤矿斜井冻结工程进行了理论预测,理论计算与现场实测结果吻合较好,验证了本文理论公式的科学性和可行性。     

斜井冻结壁温度场分布规律研究

基于含水流砂地层竖向直排冻结条件下冻结壁的形成和发展过程,将温度场时空分布情况进行了合理简化,根据单孔稳态导热方程和叠加原理,推导了竖向直排三管冻结壁温度分布计算公式,并推广到直排和多排冻结壁温度场分布计算,可计算不同冻结锋面位置时冻结壁内任意区域的温度值和整个冻结壁的平均温度,进而分析冻结壁的温度和强度变化情况。计算结果表明:主面温度值与冻结管中心的距离呈近似线性关系,而轴面温度场呈下凹形抛物线分布,顶点为轴面与主面交汇处;由计算结果可判断内部界面位置的土体强度较弱且发展较慢,应作为预防冻结壁软弱破坏的重点区域;理论计算结果与对应位置的现场实测数据吻合较好。     

直线双排管冻结壁平均温度的等效抛物弓形模型

在双排管冻结壁温度场的巴霍尔金（Бахолдин）解析解和考虑地层实际冻结温度时该解的修正解的基础上,建立了一种双排管冻结壁的平均温度解析计算模型--等效抛物弓形模型。该模型以冻结壁某一横截面厚度上的等效抛物弓形法计算的平均温度来等效整体冻结壁的平均温度。在实际工程中可能出现的冻结管平面布置参数变化范围内全面考察了冻结壁平均温度等效抛物弓形计算结果与依据巴霍尔金解析解数值积分计算结果的误差以及误差规律。结果表明,等效抛物弓形计算的冻结壁平均温度误差较小,具有足够的工程精度。     

无限大区域内少量冻结管稳态温度场解析解

在人工地层冻结法施工中,为满足一些特殊的工况需求,常采用布置两管或三管等少量冻结管的形式,虽然现在已有2根冻结管排列与3根冻结管以等间距直线排列时的稳态温度场解析解,但是遇到三管以其它形式排列的情况时,这些解已经不能满足需求。采用势函数叠加理论推导了3根冻结管以任意形式排列时的稳态温度场解析解。在此基础上得出了3根冻结管以等间距和不等间距直线、等腰三角形及直角三角形等排列形式下的温度场特定解。采用热学数值模拟方法对解析解进行了验证。结果表明,解析解计算结果与数值模拟结果较吻合,解析解正确。同时验证了采用势函数叠加法推导出的两管排列与三管等间距直线排列时的稳态温度场解析解与已有解完全相同。     

盾构进出洞地层冻结理论研究现状与展望

地层冻结加固法是盾构隧道进出洞工程中的重要工法。对盾构进出洞地层冻结加固法涉及到的冻结加固体设计计算方法、垂直冻结温度场和水平冻结温度场理论及其在冻土帷幕厚度和平均温度计算方面的应用研究现状进行了回顾与总结,分析了目前研究的不足之处,并对盾构进出洞地层冻结法研究提出了建议。     

冻结孔排间距对冻结效果的影响研究

为了解冻结孔布置形式对冻结效果的影响,提高冷量利用效率,并保证工程安全,通过构建二维温度场数值计算模型,对冻结设计参数进行了数值模拟研究。结果表明:(1)冻结孔排距是影响温度场的主要因素;冻结孔间距较小时,对温度场的影响可以忽略不计。(2)冻结孔排间位置温度与冻结孔排距成近似线性关系。同时给出了冻结设计的建议顺序。     

石门揭露突出煤层冻结温度场数值模拟研究

针对新提出的石门揭煤注液冻结防突方法，根据龙家山煤矿-400 m水平2号石门揭煤工作面施工参数，应用ANSYS数值模拟软件，建立了石门揭煤冻结温度场数值模拟计算模型，分析了不同时期冻结区温度扩展云图，得出不同冻结时间冻结区有效范围、平均温度、交圈时间及温度扩展速度。数值模拟表明：距离中心越近，冻结区煤层温度下降越快；相同冻结时间，竖向中排冻结管断面和横向中排冻结管断面处煤层温度最低。该石门揭煤工作面需要35~40 d冻结时间来满足-15 ℃煤层控制温度的防突工程要求。证明石门揭煤注液冻结防突技术是可行性的。     

外壁恒温条件下单管冻结温度场解析计算

针对外壁恒温条件下单管冻结相变热传导问题,根据冻结峰面分成冻结区和未冻结区,采用变量替换方法进行了温度场解析分析,获得了冻结峰面半径与冻结时间呈平方根关系,以及采用指数积分函数表示冻结区和未冻结区温度以及相应无量纲温度的计算公式;为数值计算简便,给出了冻结温度场中指数积分函数的高精度低阶多项式表示;获得了冻结管壁热流密度的解析算式。通过算例说明了外壁恒温条件下单管冻结温度场的分布规律,结果显示,冻结温度场呈对数型函数分布,且其曲率随冻结时间的增加而迅速减小,以及未冻区范围约为冻结峰面半径的4倍。     

深井三圈管局部保温冻结温度场研究

深井多圈管冻结消耗大量冷量,为了节约运行费用,可采用局部保温技术.针对已有三圈管冻结设计方案,采用数值计算方法,首次研究了外圈管采用不同的局部保温方案时冻结温度场的发展规律,按照冻结管布置方式将温度场划分为4个环形条带区,获得了各环形条带温度场受外圈管保温的影响规律,所得结果具有广泛的应用性.为深井冻结时是否采用保温以及采用何种保温方案提供了理论依据,具有重大的工程应用价值.