单管冻结温度场演变规律分析及试验验证

为了研究土中水相变（潜热）热传导过程中冻结温度场演变规律,构建了稳定线性冷源作用下单管冻结相变温度场模型,由变量替换法求得冻结温度场随冻结时间演变规律近似解析解,同时利用指数积分函数解析式表达了冻结区和未冻结区的温度场分布,并将理论解析解与冻结槽试验结果进行比对。研究表明：理论与试验结果误差在合理范围内,验证了瞬态冻结温度场分布近似解析解的有效可靠性;单管冻结锋面半径和冻结时间有着平方根关系;冻结温度场在时空维度上服从对数分布,且曲线曲率随冻结时间的增加而逐渐减小。研究成果对认识稳定线性冷源作用下冻结管周围不良地基土温度场演变规律和指导冻结法施工技术有重要意义。     

坝址温度场与变物性渗流场全耦合分析

如果仅考虑流体性质受温度的影响，可得多孔介质渗透系数与温度之间存在线性关系，利用相关数据，计算得知渗流场对温度较为敏感。从温度变化引起水的密度和粘度的变化来考虑温度场对渗流场的影响，建立了温度场和变物性渗流场的瞬态全耦合数学模型，并初步探讨了这种全耦合模型的求解思路。采用FEMLAB软件，在原有模型的基础上做了二次开发，从而实现了该全耦合问题的有限元求解。结合工程实例，对所建的坝址温度场与变物性渗流场全耦合模型做了数值验证。计算结果表明，全耦合模型在求解问题时，坝址区温度升高，渗流流速普遍降低；温度场变动比较小，而渗流场变动相对大一些。     

带有冷却水管的混凝土温度场热学参数反演

由试验或经验公式求得的混凝土温度场计算参数，往往和施工现场实际参数有较大出入，给温度场仿真计算精度带来了不利影响。为此，研究了一种温度场计算参数的优化反演方法。根据实测温度资料，在考虑水管冷却效果的混凝土温度场有限元计算程序基础上，结合数学上的优化方法——复合形法，进行了混凝土温度场热学参数的反演。对三峡右岸地下电站引水洞衬砌混凝土热学参数反演的结果表明，此法是可行的。     

水管冷却混凝土温度场分析

在文献【3】的基础上,基于冷却水管与混凝土之间热量交换的平衡原理,提出水管冷却混凝土温度场问题有限元求解的改进迭代算法。通过试验验证及在工程中的应用,说明该算法不但在理论上精确、严密,而且具有很高的迭代计算效率和计算精度。     

坝址温度场与变物性渗流场全耦合分析

在只考虑流体性质受温度的影响条件下,根据多孔介质渗透系数与温度之间存在的线性关系,利用相关数据,分析了渗流场对温度较为敏感的敏感性。从温度变化引起水的密度和黏度的变化来考虑温度场对渗流场的影响,建立了温度场和变物性渗流场的瞬态全耦合数学模型,并初步探讨了这种全耦合模型的求解思路。采用FEMLAB软件,在原有模型的基础上做了二次开发,从而实现了该全耦合问题的有限元求解。通过工程实例,对所建的坝址温度场与变物性渗流场全耦合模型做了数值验证。计算结果表明,采用全耦合模型求解渗流问题时,坝址区温度升高,渗流流速普遍降低;温度场变动比较小,而渗流场变动相对大一些。     

RCCD三维温度场仿真分析的浮动网格法

针对碾压混凝土坝（RCD）三维有限元仿真分析,计算量过于庞大的问题,提出了基于“层合单元”及“生长单元”的“浮动网格法”。该方法可以大大减少单元数目,大幅度地提高计算效率,能精细地模拟施工过程且易编程,能快速得到高精度的坝体三维温度场的仿真解,具有广泛的工程应用前景。     

基于温度场分析的新型水下清淤装置数值研究

为了解新型水下清淤取样冻结装置在施工过程中的温度场发展变化规律,以及最终冻结效果的可靠性,采用有限元分析软件建立温度场数值模型,模拟水下清淤装置在冻结过程中的温度场发展动态变化过程,得到最终数值计算的温度场云图及等温线图。主要得到以下结论:积极冻结10 d可使-1℃等温线基本完成交圈,积极冻结20 d可使-10℃等温线完成交圈,此后冻土帷幕的发展速度减缓,冻土区域趋于平滑。通过分析设置在冻结装置上的5条观测路径及测温点,得到结论如下:积极冻结30 d后即可达到清淤所需强度,此时,各路径上的观测点温度均已达到-10℃以下,可以保证冻结效果的可靠性。清淤装置的冻结管排布方式对温度场发展会有较大的影响,顶部冻结板会影响温度场垂直方向的发展,其影响范围约为1.5 m。以上研究结果有助于对日后的工程实践提供相应的指导和帮助。     

北疆膜下滴灌棉田冻融过程中土壤水盐运移研究

为研究非生育期北疆膜下滴灌棉田在冻融过程中的土壤水盐运移规律,在石河子121团试验地开展了常规水分、盐分和温度监测试验。研究结果表明:气温对土壤温度的影响很大,随着土层深度的增加,各土层温度逐渐减小,气温对各土层的影响也逐渐变小。冻结前期,各层土壤水分随深度的增加而增加,水分主要集中在40~100 cm土层,盐分主要分布在80~100 cm土层。冻结期,水分波动较盐分剧烈,盐分大部分都集中在100 cm层。融解期,由于多次的冻融循环作用,各土层的水分含量变化比较大,而盐分在10~80 cm层变化不大,80~100 cm层盐分累积比较大。经过一个冬季,盐分主要分布在80~100 cm土层。     

海中深厚软土地层围护结构反演分析研究

基坑开挖过程中其侧壁变形与围护桩结构内力分布规律一直是基坑工程的研究重点,海中深厚软土基坑工程因复杂的水文地质、工程地质条件,此类问题更为突出。依托澳门大学跨海隧道工程,采用基于BP神经网络的位移反分析法,对软土地层土体关键物理力学参数进行敏感性分析。分析结果表明,内摩擦角、凝聚力、弹性模量均对土体变形具有高敏感性,其中内摩擦角和凝聚力最为敏感。然后利用反演分析得到的目标参数进行了正向数值模拟计算,计算的水平位移、围护结构内力与监测值误差不超过5%,表明基于BP神经网络的位移反分析方法准确有效。