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人工冻结温度场特性研究及导热系数反分析

人工冻结温度场特性研究及导热系数反分析

作者：江帆安徽理工大学

学位级别：硕士

本文在一开始对一些有关于冻结施工的理论进行了系统的阐述,例如人工冻结法、冻结温度场、冻土导热系数及反问题的一些相关理论。然后运用以上理论,结合某某地铁具体的施工方案,对该地铁的冻结温度场进行了实测分析。同时取该地铁隧道... 详细信息

本文在一开始对一些有关于冻结施工的理论进行了系统的阐述,例如人工冻结法、冻结温度场、冻土导热系数及反问题的一些相关理论。然后运用以上理论,结合某某地铁具体的施工方案,对该地铁的冻结温度场进行了实测分析。同时取该地铁隧道非常典型的5.4m淤泥质粉细砂土层,对该土层进行试验,获取改土层的相关参数。在实验的基础上,对土体的导热系数和土体分析进行了研究,并采用了目前国内外主流非常有限元分析软件ANSYS,利用数值模拟方法对冻结温度场进行模拟和分析。最后对地铁冻结施工中的冻结壁的发展做出了预测并给出了一些合理化的建议。导热系数是研究温度场的一个重要参数,对导热系数进行了实验,得出了导热系数与干密度、含水率有关的结论,干密度、含水率是影响最大的因素,人工冻结淤泥质粉细砂-10℃时的导热系数平均增长率约为每0.1g/cm3增长0.06W/m·K,人工冻结淤泥质粉细砂-1 0℃时导热系数的平均增长率约为每增长5%的含水率导热系数增长0.04W/m·K。在使用最小二乘理论的基础上,试验设置几个导热系数,并对其进行分析和优化,最后的导热系数是对应于最低目标函数值为30.77,此时对应的导热系数为1.35 W/m·K,导热系数对应的温度场模拟结果最接近实测值。然后将此导热系数下的温度模拟值与实测温度值进行比较,得出四个测温孔的温度模拟值与实测值相差不大,这就意味着试验的真实性和反分析的可靠性。在文章最后运用ANSYS软件对5.4m层位的土体进行温度、冻结壁厚度进行了模拟,并在该基础上做出了预测5.4m土层处的交圈时间预测为第60天。本文的研究成果为冻土的反分析提供了新的方法,也为地下冻结法施工提供了经验参考,具有重要的研究意义和工程价值。

关键词：冻结温度场导热系数反分析试验数值模拟

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基于参数反演的煤矿立井冻结温度场数值计算

建井技术 2020年第4期41卷 35-41页

作者：朱世奎龙伟荣传新淮北矿业股份有限公司安徽淮北235000 安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001

以袁店二矿西风井井筒冻结法施工为工程背景,运用有限元软件Comsol Multiphysics,对土体导热系数进行反演;并以反演得到的导热系数,对选定层位的冻结壁温度场进行数值计算,同时分析了温度场对土体的导热系数、比热容、相变潜热与初始地... 详细信息

以袁店二矿西风井井筒冻结法施工为工程背景,运用有限元软件Comsol Multiphysics,对土体导热系数进行反演;并以反演得到的导热系数,对选定层位的冻结壁温度场进行数值计算,同时分析了温度场对土体的导热系数、比热容、相变潜热与初始地温的敏感性。结果表明:现场井筒掘进至该层位时,冻结壁平均温度与厚度满足设计要求,井帮温度满足规范要求。导热系数对温度场影响明显:导热系数越大,降温速率越快,降温幅度越大。比热容对温度场影响较大:比热容越小,温降速率越快,降温幅度越大。初始地温对温度场影响较大:初始地温越低,降至相同温度所需要的冻结时间越短。相变潜热对温度场影响较小。所得结果可为类似工程提供参考。

关键词：煤矿立井冻结温度场导热系数反演数值计算

“群管效应”对不同地下水流速冻结温度场影响的试验研究

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建井技术 2020年第3期41卷 1-8,35页

作者：荣传新唐方圆王彬孙世成张翔安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001

为研究不同地下水流速对冻结管布置方式的影响,分别进行了3种流速作用下的不同冻结管布置方式冻结相似模型试验。结果表明:地下水流速是影响冻结效果的重要因素。在地下水流速为5和10 m/d时,2根冻结管形成冻结柱状体的交圈时间分别为31... 详细信息

为研究不同地下水流速对冻结管布置方式的影响,分别进行了3种流速作用下的不同冻结管布置方式冻结相似模型试验。结果表明:地下水流速是影响冻结效果的重要因素。在地下水流速为5和10 m/d时,2根冻结管形成冻结柱状体的交圈时间分别为316.8和403.2 min,较无流速条件下延迟了约29.4%和约64.7%。在2根冻结管界面的上游设置1根冻结管,可以产生明显的“群管效应”;开启该冻结管后,在流速为5和10 m/d的地下水作用下,主冻结管交圈时间分别提前了15.5%和28.0%,冻结壁扩展范围也有了较大提高。

关键词：人工冻结群管效应模型试验地下水流速冻结温度场

高承压水地层冻结温度场形成特性现场实测研究

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科技信息 2011年第18期 I0330-I0331页

作者：刘建国中煤矿山建设集团有限责任公司钻井工程处

现场实测高承压水地层冻结温度场,获得冻结温度随时间和空间的发展变化规律,基于试验和现场实测获得高承压水地层冻结壁交圈预报方法,对深厚裂隙岩体高承压水地层人工冻结法凿井具有重要的指导意义。

关键词：高承压水冻结温度场现场实测裂隙岩体

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湿热气候下浅覆土冻结温度场有限元反演分析

山西建筑 2017年第29期43卷 90-91页

作者：陈智辉王利军陆路罗竹广州地铁集团有限公司广东广州510000 中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州221116

对湿热气候下浅覆土冻结温度场进行了现场实测及有限元反演分析。结果发现:模拟得到的整个截面上的温度场分布和实际的较接近。说明土体参数反分析时等效导热系数取值合理。

关键词：湿热气候浅覆土冻结温度场有限元分析现场实测

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西部侏罗系深基岩立井冻结温度场实测与分析

建井技术 2015年第2期36卷 32-35页

作者：刘军权郝建忠王红松韩博武亚峰内蒙古伊泰集团有限公司内蒙古鄂尔多斯017000 内蒙古伊泰广联煤化有限责任公司红庆河煤矿内蒙古鄂尔多斯017200 天地科技建井研究院北京100013 煤矿深井建设技术国家工程实验室北京100013

为掌握西部侏罗系地层深基岩立井冻结温度场发展规律,根据新街矿区红庆河煤矿二号风井井壁厚度及混凝土强度等级的不同,布设各监测水平,对冻结法凿井期间井壁与冻结壁温度进行现场实测,得到了该地区在特定条件下的温度场变化规律。结果... 详细信息

为掌握西部侏罗系地层深基岩立井冻结温度场发展规律,根据新街矿区红庆河煤矿二号风井井壁厚度及混凝土强度等级的不同,布设各监测水平,对冻结法凿井期间井壁与冻结壁温度进行现场实测,得到了该地区在特定条件下的温度场变化规律。结果表明,壁座大体积C70混凝土浇筑后,30-36h内水化热达到峰值,测到的最高温度为71.32℃,升温速率基本为40℃/d,降温速率为4℃/d左右。外壁温度变化可分为3个阶段,即线性急速上升阶段、非线性快速下降阶段和趋于稳定阶段。混凝土配合比决定了水化热的升温强度,井壁厚度决定了水化反应的时间跨度。

关键词：侏罗系地层深基岩冻结法冻结温度场大体积混凝土

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地铁隧道半覆盖式冻结温度场特性研究

建井技术 2020年第2期41卷 53-57,28页

作者：李永飞中铁一局集团有限公司广州分公司广东广州510000

半覆盖式冻结加固方法主要用于软-硬交界地层的承载加固和地层封水。为提高工程效率和节约冷量,需对冻结法冻结过程中的温度场分布特性和发展规律进行深入研究。通过数值计算方法,构建了广州地铁8号线隧道三维数值计算模型,并对其冻结... 详细信息

半覆盖式冻结加固方法主要用于软-硬交界地层的承载加固和地层封水。为提高工程效率和节约冷量,需对冻结法冻结过程中的温度场分布特性和发展规律进行深入研究。通过数值计算方法,构建了广州地铁8号线隧道三维数值计算模型,并对其冻结过程中的各位置平均温度、冻结壁厚度发展规律以及冻结孔布置优化方案进行了研究。结果表明:半覆盖式冻结与传统冻结存在明显差异,不同位置的冻结孔间相互作用强弱差别明显;受工作井散热影响,浅部区域冻结壁平均温度达标时间相较深部区域推迟16~27 d;冻结末期,冻结壁内外侧厚度比约为0.82~0.92。基于上述结论,提出了加密侧向冻结孔、增设浅部辅助冻结孔和调整冻结管轴面的优化设计方案。

关键词：地铁隧道半覆盖式冻结冻结温度场冻结壁厚度

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立井煤层冻结温度场数值模拟与分析

建井技术 2015年第6期36卷 41-43,8页

作者：姚蔚利王楷刘晓敏中煤能源集团有限公司北京100011 天地科技建井研究院北京100013 煤矿深井建设技术国家工程实验室北京100013

冻结法施工很少遇到煤层,目前对煤层冻结性能的研究较少,资料缺乏。通过现场试样检测与查阅相关文献资料,选取适当的运算参数,并考虑冻结孔实际偏斜情况,建立数值模型,对大海则煤矿2号副立井625m深处的煤层冻结温度场进行了数值模拟分析... 详细信息

冻结法施工很少遇到煤层,目前对煤层冻结性能的研究较少,资料缺乏。通过现场试样检测与查阅相关文献资料,选取适当的运算参数,并考虑冻结孔实际偏斜情况,建立数值模型,对大海则煤矿2号副立井625m深处的煤层冻结温度场进行了数值模拟分析,得到了预计井筒施工到该层位时,煤层冻结壁温度场分布云图和主、界面温度场特性曲线,以及其他冻结壁发展规律参数;最后对井筒通过煤层时的冻结和掘砌施工提出了建议。

关键词：立井煤层冻结温度场数值模拟有限元软件

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某矿井冻结温度场实测与数值模拟分析

低温建筑技术 2011年第7期33卷 87-89页

作者：乔熙刘阳张鹏中国矿业大学力学与建筑工程学院江苏徐州221008

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... 详细信息

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。

关键词：矿井冻结温度场实测数值模拟