冻结法凿井冻结温度场的数值反演与模拟

考虑了冻结孔的实际偏斜状况，提出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．介绍了模型的基本特征、计算参数及数值反演、模拟的基本步骤．由于能够模拟冻结孔的实际分布状况及冻结管外表面的温度下降过程，并且以土性参数的反演为前提，因而该模型能够以较高的精度模拟冻结温度场的发展过程．通过某冻结温度场的数值模拟实例验证了该方法的可行性，并对影响数值模拟结果的主要因素进行了分析．     

定向渗流诱导的非对称冻结帷幕稳态温度场解析解

受水流对流传热以及冻结管热传导叠加影响,渗流场作用下人工冻结帷幕的形状具有明显的非对称性。为解决冻结帷幕形状不规则给冻结温度场计算带来的困难,以直线排布的三管冻结温度场为研究对象,采用分段等效的方法,对该类冻结帷幕的形状进行简化,基于稳态温度场的求解理论,推导得出定向渗流作用下非对称冻结帷幕稳态温度场解析解以及冻结帷幕厚度、平均温度的计算公式。为了对公式的合理性进行验证,自主构建水热耦合物理模型试验系统,并开展不同流速条件下三管冻结温度场演化规律的模型试验。研究结果表明：关键轴线上冻结温度的计算值与试验结果的吻合程度较高,解析解的合理性得到模型试验的验证。冻结帷幕的交圈时间以及非对称系数随着流速的增加急剧增大。当地层中存在渗流场时,冻结温度场变化过程较为复杂,但冻结帷幕的平均温度整体仍然表现出随着冻结帷幕厚度的增加而降低的规律。本文得出的解析解能够实现对渗流场作用下人工冻结温度场较为准确的数学描述,将为大流速渗透地层人工冻结温度场的计算提供参考。     

外壁恒温单圈冻结管温度场数值模拟分析

通过简化外壁恒温条件下单圈冻结管温度场数学模型,建立了Ansys二维平面模型,运用无量纲参数主要分析了在不同影响因素组合下轴面、界面以及主面冻结温度场的冻土厚度和平均温度的发展规律,并与工程实际分析比较,以期为复杂的多圈冻结管温度场的数值模拟分析提供一些理论依据．     

冻结管断管原因及冻结温度场数值计算分析

杨村煤矿副井安全顺利通过井筒掘砌的薄弱环节深厚粘土层位,但出现了多根冻结管断裂现象。该粘土层导热性能差,冻土发展速度慢,冻土强度低,同时,施工过程中掘砌段高大,井帮暴露时间长,从而引起较大的井帮位移和底鼓量,是造成冻结管断裂的主要原因。根据冻结管的实际偏斜位置,同时考虑冻结管断管影响,建立有限元计算模型,计算分析了该层位的冻结温度场分布情况,井帮温度为-10～-13℃之间,井帮温度数值计算结果与实测结果相差一O．7～0．4℃,表明数值计算结果是可靠的,可为淮南矿区深厚粘土层冻结设计和施工提供参考。     

人工冻结法施工的冻土壁温度场数学模型

人工冻结法施工技术是软土地区深基坑开挖的一种经济可靠的方法,为了更好地推广应用这一技术,文中介绍了人工冻结法施工技术,并通过对冻结法施工过程中不同时期的热学分析,给出了各个时期的温度场数学模型     

人工冻土蠕变的数值计算及其模拟

根据人工冻土蠕变特征和本构方程，引入经典弹塑性力学理论，将空间域和时间域进行离散化，提出了以时间增量法为基础的人工冻土有限元数值模拟计算公式应用ANSYS有限元程序分析了一个实例．并将数值模拟结果、解析解和现场实测数据进行对比分析，结果表明运用数值模拟方法可以模拟冻土的蠕变计算，揭示冻结壁变形规律，且具有一定的计算精度，从而为今后人工冻土蠕变计算提供了一种实用方法．     

立井多排管冻结温度场的数学模型研究

人工地层冻结是地下工程施工中的一种特殊方法,本文以立井双排管冻结工程为例,对多排管冻结温度场的数学模型进行了初步分析和研究,并采用ANSYS软件对工程实例进行了数值计算,为多排管冻结工程的设计和施工提供参考依据.     

盾构出洞水平冻结加固杯形冻土壁温度场监测分析

依托于某地铁车站盾构出洞水平冻结加固工程,通过实时监测对杯型冻土壁温度场,分析了盐水温度、冻结区不同区域土体温度的发展特征,并计算了冻结区不同区域冻土壁交圈时间和发展速度.监测结果分析表明,同一测温孔内埋深较深的测点与埋深较浅的测点相比,板块加固体区的冻土交圈时间较长,发展速度较慢,而圆柱体加固区的冻土交圈时间与发展速度变化并不明显;冻土与地下连续墙间界面处,板块加固区的冻土平均发展速度明显比圆柱体加固区快,圆柱体加固区冻土壁交圈时间为31 d,其平均发展速度为20.9 mm/d,而板块加固区不同区域冻土壁平均发展速度差异明显,最快发展速度为60.5 mm/d,最慢发展速度为35.3 mm/d.     

水平冻结温度场及不同因素对短管底部冻结壁厚度的影响

以南京地铁二号线逸仙桥车站盾构出洞水平杯型冻结加固实例为工程背景,建立有限元温度场计算模型,对冻结壁交圈时间及其底部冻结壁厚度的发展规律进行了研究。结果表明:冻结条件相同时,较低的地层初始温度、盐水温度、潜热、热容量和较大的冻结管直径、导热系数对应较短的交圈时间、较低的地层温度与较大的短管底部冻结壁厚度;各因素取值范围内,短管交圈时间为7～17d,冻结40d时,短管底部冻结壁厚度可达30～77cm,该"保护层"厚度有效确保了拔除板块区冻结管后杯型冻结壁整体稳定性。     

考虑土层冻结温度时人工冻结温度场模型

为了研究土层冻结温度对冻结壁厚度计算的影响,构建了考虑土层实际冻结温度的人工冻结温度场模型．对前苏联学者关于人工冻结温度场的若干经典解析解,如特鲁巴克单管和单排管解、巴霍尔金单排和双排管解,做出了修正．推导出了全面反映确定温度场下冻结壁厚度与土层冻结温度之间关系的修正解．结果表明：冻结壁厚度随土层冻结温度的降低而减小．当冻结温度为-1～-2．5℃时的冻结壁厚度比按冻结温度假设0℃时的计算值可减薄10％～23％．土层冻结温度对冻结壁厚度的影响不容忽视．     

冻结土壤温度场数值模拟的改进

针对土壤冻结过程的数值分析，基于显热容法用有限差分法构造出热传导方程变空间步长的半隐格式和全隐格式．结合实例分析了FEM和FDM方法造成的‘相变遗漏’，提出一种自调节时间步长、半隐和全隐格式交替使用的方法，使模型求解迭代大为简化，有效避免了‘相变遗漏’引起的温度场分析误差，该方法能够较为精确求解冻土温度场，是对传统方法的有效改进，也为土体冻结及冻胀融沉过程的精确分析创造了条件。     

FEM Simulation on Artificial Freezing of Seepage Ground

1 IntroductionArtificial Ground Freezing (AGF) has been ex-tensively applied in underground engineering to dealwith the loose saturated soft topsoil such as flow sandsilt, etc. The common numerical calculation concern-ing the temperature field of AGF are based on thesolution of differential equation of heat conduct andphase change, which well approximated to the prac-tice when clay ground or dead auriferous is frozen[1-2]. When there is flowing water in ground, the mathmodel equation is ess…     

间歇冻结控制人工冻土冻胀的试验研究

土体冻胀容易引起地表产生不均匀变形，因此控制冻胀的产生和发展始终是人工冻结技术的重要课题．通过试验比较了人工冻土在连续冻结模式、控制时间的间歇冻结模式和控制深度的间歇冻结模式下，土体冻胀的发展变化规律及冻胀控制与冻结模式之间的关系．结果表明：与连续冻结和控制时间的试验相比，在冻结锋面趋于稳定和温度梯度趋于恒定前，采用控制冻深的间歇冻结模式能够有效地抑制人工冻土冻胀的发展，冻胀量仅为连续冻结模式的19．8％；不同的变温起始时间对冻土冻胀控制的效果不同，在冻结过程刚刚进入拟稳定阶段时，迅速改变冷端温度，将使土样内的温度场不能达到稳定状态，从而推迟起始冻胀的时间，抑制冻胀的产生．     

埋地热油管道土壤温度场PHOENICS数值模拟

在充分考虑大地恒温层、热油管道对大地温度场影响范围的基础上,建立了管道运行时的非稳态简化物理模型及相关的数学模型,并使用模拟计算软件PHOENICS对该数学模型进行了求解,能够求解出忽略轴向温降的平面的任意点在管道运行过程中任意时刻的温度变化情况和任意时刻的管道周围土壤温度场的分布.这些问题的求解对研究热油管道间歇输送过程中确定停输时间以及再启动等问题奠定了基础.同时PHOENICS软件的引入,也为此类问题的研究提供了捷径.     

人工冻结过程中温度场的试验研究

为了研究人工冻结过程中温度场的变化规律，利用自行研制的人工冻结冻胀融沉模型试验装置，对徐州地区常见的粘土进行了12次大规模的冻融试验，分别模拟了封闭系统和开敞系统下人工冻土中温度场的变化情况，并与现场实测数据进行了分析比较，提出了在冻土体和受冻结影响的土体中的温度与距离分别近似成线性，已冻土体中的温度梯度比未受冻结影响土体中的大等几点结论．     

埋地管道周围土壤水热耦合温度场的数值模拟

冻土区埋地管道遇到的最常见问题是冻害破坏, 研究埋地管道发生冻害及其科学有效的防止方法,首先应预测埋地管道周围冻土冻融过程中温度场的变化及温度场与水分场的变化关系。用有限单元法对埋地管道周围温度场进行了数值模拟, 计算中考虑了土壤中水分迁移和相变对温度的影响, 给出了不同时刻埋地管道周围温度分布。对计算结果分析表明, 水分迁移和相变对土壤的传热有一定影响.