煤矿立井井筒双圈管冻结不同地层冻结效果研究

以淮北某矿副井立井井筒双圈管冻结为工程实例,基于现场冻结孔实际成孔位置,选取现场细砂、粘土和钙质粘土三种不同土性的地层为研究对象,利用有限元数值计算软件COMSOL MULTIPHYSICS研究三种不同土性地层的冻结效果.研究结果表明:细砂层位冻结壁先交圈,粘土层位次之,钙质粘土层位最后交圈;冻结壁交圈以后,细砂层位冻...     

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。     

白垩系地层煤矿立井冻结壁的力学特性及温度场研究

为解决人工冻结技术在西部井筒穿越白垩系富水地层的技术难题,以甘肃新庄矿风立井冻结工程为背景,通过室内物理力学试验、现场实测及有限元数值模拟,对冻结状态下白垩系地层岩石的热物性及力学特性进行研究,探讨凿井期冻结壁的受力机制,重点分析白垩系冻结壁的冻结压力变化规律和成因,对比测温孔与冻结壁径向温度的实测与模拟结果,拟合得出冻结壁受混凝土水化热的影响范围为440~480 mm。研究结果为丰富我国岩石力学的基础理论研究起到积极作用,也可对西部冻结法凿井的优化设计和安全稳定性研究提供依据。     

竖井冻结壁形成过程的光滑粒子法模拟

土体在冻结管作用下的冻结过程会涉及到相变潜热释放问题,准确描述冻结管周边的温度分布特征及冻结锋面移动规律对确定冻结壁的厚度和安全合理设计有重要意义。光滑粒子算法作为一种拉格朗日型无网格粒子方法以其独特的优势,已成功地应用于多种类型工程科学问题的求解。基于光滑粒子法编写了相应的计算程序并尝试着求解相变导热问题,通过一个简单的具有解析解的算例验证了其实用性和可靠性,从而给出求解此类问题的一种新的求解思路,并拓展了光滑粒子法的应用范围。最后针对煤矿井筒建设中冻结壁成形过程进行数值分析,计算了单圈等间距设置冻结管时的温度场的分布演化特征,比较了热物理性质不同的两种土体介质在相同冻结条件下的冻结效果,重点分析了采用不同交错布孔方案对冻结壁成形过程的影响,从而为工程设计提供一定的依据。     

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...     

半球壳形冻结壁加固盾构隧道端头温度场数值优化分析

文中基于当盾构隧道端头进入和退出孔洞时,使用半球形壳形冻结壁加固结构进行土体的加固的冻结工法.首先,简要介绍了该结构,并对该半球壳形冻结壁的温度场进行了数值分析,通过利用改变环形冷冻管的对数来优化原始的冷冻设计方案,并比较和分析了 3种冷冻方案的可行性,以找到最佳的冷冻管布置方案.数值结果表明,增加冻结管的数量也能满足...     

冻结管温度场解析解与数值模拟对比分析

人工冻结土层施工方法是保证地下工程施工安全性和稳定性的重要技术,结合冻结法施工中冻结管采用单排直线型布置方式下温度场的变化情况,通过理论计算方式推导了稳态导热条件下,考虑和不考虑土层冻结温度两种情况下的温度场解析解,再通过ANSYS数值模拟分析,将温度场模拟结果与解析解进行对比分析,从而得出理论计算方式在不同情况下运用的合理性和适用性。     

水平冻结法施工温度场数值模拟与分析

结合上海地铁试验段旁通道冻结法施工,应用有限元方法对隧道水平冻结过程瞬态温度场进行了数值模拟,和现场实测十分接近,数值模拟的系统分析可为水平冻结的旁通道设计与施工提供科学依据。     

冻结法深层位温度场数值模拟与分析

结合淮南杨村矿井副井冻结法施工,应用ANSYS数值模拟有限元方法对冻结过程瞬态温度场进行了数值模拟,和现场实测十分接近,数值模拟的系统分析可为深立井冻结的设计与施工提供科学依据。     

某矿井冻结温度场实测与数值模拟分析

某矿井副井采用的主孔差异结合辅助孔的冻结方式,实测和数值模拟了-45m处中粒砂岩在冻结初期温度场,数值模拟了地层-362m和-502m处中粒砂岩冻结温度场。对比发现,主孔结合辅助孔的冻结方式可以实现早开挖、快掘砌的目标;冻结锋面在不同方向发展速率差异较大;单圈管冻结时,可以通过增加冻结管密度来降低冻结壁温度,提高冻结壁厚度和强度。     

煤矿巷道内水闸墙温度场计算与仿真

温度的变化及其产生的影响在大体积混凝土结构中是不容忽视的。分析温度场、研究温度裂缝以及进行温控设计、制定合理的温控防裂措施是工程中非常关注的问题。为此,以某大体积混凝土水闸墙现场监测温度为基础,分析大体积混凝土温度场的计算原理,主要阐述用ANSYS程序实现对大体积混凝土水闸墙温度场的数值模拟,结合工程实际,进行了温度场的分析,分析表明,数值模拟结果与现场监测结果较为吻合。通过温度场的分析,可准确地预测大体积混凝土浇筑后温度场的变化,及时制订、采取温控措施。     

煤矿巷道内水闸墙温湿度应力场模拟与分析

环境温湿度的变化及其产生的影响在大体积混凝土结构中是不容忽视的。分析温度场、温度应力场、湿度应力场尤其是结构的整体应力场是工程中非常关注的问题。为此,以某大体积混凝土水闸墙现场监测为基础,仅考虑环境温湿度的影响,用ANSYS依次对该结构的温度场、温度应力场及湿度应力场进行数值模拟,然后将模拟得到的温度应力场与湿度应力场叠加,得到整体应力场。将模拟的总应力与现场检测结果对比,并对模拟结果进行分析和总结,得出一些有价值的结论。通过对应力场的数值模拟,可对大体积混凝土浇筑后裂缝的开展有一定的预见性,对制订温控措施有一定的指导意义。     

相变墙体温度变化的计算机模拟

利用Ansys强大的非线性分析功能,对相变材料的温度变化过程进行了模拟。将石蜡与石膏混合制成复合相变墙体,通过简化复合材料的物理模型,仿真了墙体温度的变化过程。利用相变材料焓值的变化来代替潜热,并分析了相变材料吸热升温的过程。结果表明,在一侧受热的情况下,温度沿厚度方向逐渐升高,但是升高速率缓慢;比较有肋片结构与无肋片结构的墙体结构可得到:肋片状结构有助于相变材料吸热融化,储存潜热,提高吸收效率。     

液氮冻结帷幕水热耦合温度场数值分析及应用

液氮冻结温度场是具有相变、水分迁移的瞬态热传导问题。基于水热耦合理论建立了液氮冻结的温度场数学模型,获得了液氮冻结帷幕厚度和平均温度随时间发展均呈对数规律分布;冻结管组内连接方式对冻结效果有较大影响:三管串联形成的冻结帷幕厚度最不均匀、平均温度也最高,单管供回液连接方式冻结效果最好;但从经济效益和冻结效果综合因素考虑,双管串联冻结方式宜优先采用。研究成果完善了盾构进洞液氮冻结温度场理论和工艺。     

基础承台大体积混凝土温度场数值模拟分析

大体积混凝土受温度应力影响,严重时会产生裂缝.以某高层基础承台施工为例,根据三维热传导理论,采用有限元软件ANSYS模拟了承台大体积混凝土施工期间水化热引起的温度场与工程实测相对比,结果较吻合.另外,还运用ANSYS软件分析了不同养护情况对混凝土温度场的影响,结果表明养护情况对混凝土表面温度影响很大,而对中心温度只在降温阶段影响大,证明了养护在大体积混凝土施工中的重要性.     

地埋管换热器周围土壤冻结温度场的模拟研究

考虑了未冻水质量分数对冻结土壤传热特性的影响,采用控制容积法建立了地埋管换热器周围土壤冻结温度场的数学模型,分析了土壤冻结对土壤物性参数和土壤温度分布的影响,探讨了不同液态水质量分数下土壤冻结温度场的变化。随着土壤温度的降低,冻结土壤的单位体积定压热容减小,热导率增大。由于土壤冻结过程中释放出相变潜热,考虑冻结计算出的土壤温度比未考虑冻结的土壤温度高,土壤中液态水质量分数越大,土壤冻结时释放的潜热量越大,有利于土壤源热泵的运行。     

人工冻结温度场巴霍尔金模型准确性研究

人工冻结温度场巴霍尔金模型已被较为广泛地应用于人工地层冻结法的监测数据分析和冻土帷幕性状的评估中。为了全面评判巴霍尔金模型描述实际温度场的准确性,以温度场数值模拟结果为基础,对单排管和双排管冻结条件下的温度场进行全面的数值分析与巴霍尔金理论的对比性研究。结果表明,对于工程实际应用来说,巴氏模型足够精确,能够较为全面真实地反映人工冻结温度场情况。     

煤矿立井冻结设计理论的研究现状与展望分析

冻结法是有效穿越不稳定的厚表土层或软岩层的特殊施工方法。我国是世界上用冻结法施工穿过表土层最厚的国家之一,已成为世界上应用冻结法施工最多的国家。但在看到我国在冻结法施工取得进展的同时,也应该看到我国在冻结法设计的理论研究、施工方面依然存在许多亟待解决的问题。作者对国内煤矿立井冻结法施工设计理论研究现状进行了总结与分析,并对煤矿立井冻结设计理论研究进行了展望分析。     

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。     

深厚砂层深挖圆形竖井施工数值模拟及实测分析

湛江湾跨海盾构隧道竖井开挖深度大,地处深厚砂层,其围护结构受力条件复杂。根据该工程所处地质环境和围护结构设计特点,采用地层结构有限元增量法,详细模拟盾构竖井的施工过程,重点分析竖井围护结构的水平位移及受力规律,并与实测进行对比,得出以下结论:由于所处地层较软和加固土体的作用,导致始发井连续墙后靠背侧水平位移随深度呈横向“W”型分布,接收井各侧面水平位移呈横向“V”型分布;计算和实测均表明接收井施工过程的高风险工况为开挖至第5层和第6层处;接收井的水平位移及钢筋应力计算值与实测结果趋势较吻合。其分析方法和监测成果可为今后沿海深厚砂层深挖盾构竖井的设计与施工提供参考。