双排管冻结稳态温度场广义解析解

人工地层冻结法施工中,对于双排的布管形式,巴霍尔金给出了双排管冻结稳态温度场解析解.但巴霍尔金解析解只针对对齐和标准错位这两种情况,不能完全满足现实的要求.针对工程中的不规则布管问题,利用调和方程边界条件可分离性,通过叠加单排冻结巴霍尔金问题解和线性温度场问题解,获得了特殊单排冻结问题的解析解;借鉴特殊单排温度场问题,完成布管形式复杂的双排管冻结温度场问题的广义解析解,并利用ANSYS数值模拟和物理模型实验结果验证了解析解的正确性.     

无限大区域内四管冻结的稳态温度场解析解

采用势函数叠加理论推导了4根冻结管以任意形式排列冻结时的稳态温度场解析解,得出了4根冻结管以等间距直线、矩形和菱形等排列时的稳态温度场特定解,并用热学数值模拟方法对解析解进行验证.结果表明,解析解的计算结果与数值模拟结果较吻合.
     

高流速卵石地层地铁联络通道人工冻结温度场研究

地铁联络通道的开挖经常受到地下水干扰,人工地层冻结法凭借其优秀的封水性和适应性成为富水地层联络通道施工的首选工法。依托北京地铁12号线苏州桥站~人民大学站区间1#联络通道冻结工程,通过现场实测研究地层温度场和泄压孔压力的发展规律,分析冻结帷幕的交圈特征,确定高流速地层冻结壁薄弱位置。结果表明：盐水去回路温度在冻结初期迅速下降,而后降速减缓并最终稳定在-28℃以下;测温孔中土体与管片交界处的温度高于土体内部,渗流上游冻结壁温度高于下游,这些区域应当重点监测;冻结至59d时,利用基于实际降温速率的分阶段冻结壁厚度计算方法求得不同截面位置处的冻结壁最小厚度为2 495.2mm,同时泄压孔压力已全部释放并保持稳定,冻结壁不再发展,满足联络通道开挖要求。研究成果能为高流速地层的人工冻结参数选取和监测提供理论支持。     

绝热边界作用下人工冻结温度场解析解

隧道地下工程采用冻结法施工时经常遇到地连墙等构筑物影响冻土帷幕发展的问题,给冻结方案设计和封水效果评估带来困难,危及后续开挖作业安全。为探明地连墙等绝热边界作用下冻结温度场的分布状态,掌握冻结壁局部受限时的发展规律,建立了半无限平面内包含直线绝热边界的温度场数学模型。通过热势函数叠加结合镜像法求解了单根、2根以及3根冻结管的温度场解析解,并采用数值模拟验证了其准确性和适用性。结果表明：解析解与稳态数值解吻合较好,与瞬态数值解的误差随冻结时间延长而减小,冻结第50天3种模型的误差分别为0.39℃、0.17℃和0.06℃,均能控制在0.5℃以内;等温线在绝热边界处与边界垂直,只存在平行于边界的热流而没有法向热流,绝热边界对于其与冻结管之间区域的温度降低更加有利;随着绝热边界与冻结管距离d的增加,对冷量传递的阻断作用降低,冻结模型逐渐向无限大平面模型转化,实际工程应根据冻结壁设计厚度,合理匹配管间距l和边界距离d的取值。     

扎赉诺尔矿区白垩系地层冻结温度场实测与分析

通过对扎赉诺尔矿区灵东煤矿副井的冻结监测,首次得到了该地白垩系地层在特定条件下的降温数据。分析了不同层位和岩性的冻结温度场发展特征,并依据实测数据推算冻结壁厚度和平均温度。迈出了该地白垩系地层冻结规律研究的第一步,对冻结法凿井在该地的推广应用具有指导意义。     

扎赉诺尔矿区白垩系地层冻结温度场实测与分析

通过对扎赉诺尔矿区灵东煤矿副井的冻结监测,首次得到了该地白垩系地层在特定条件下的降温数据.分析了不同层位和岩性的冻结温度场发展特征,并依据实测数据推算冻结壁厚度和平均温度.迈出了该地白垩系地层冻结规律研究的第一步,对冻结法凿井在该地的推广应用具有指导意义.     

多圈管冻结壁温度场发展及冻结管偏斜影响

人工多圈管冻结是深厚地层井筒掘砌的最有效方法,为进一步了解冻结壁温度场发展特性,以某冻结井筒为原型,开展了室内多圈管冻结模型试验,同时借助有限元软件对冻结管无偏斜以及随机偏斜两种条件下冻结壁温度场发展特性进行了分析比较。得出冻结管布置圈径对冻结壁环向扩展速率影响较小;冻结管偏斜对井帮温度、冻结壁有效厚度影响较小,但对不同位置冻结壁交圈时间及对径向方向冻结壁平均温度影响较大;同时冻结管偏斜会使冻结壁内部产生更多的密闭未冻承压水仓,引起冻结壁内部冻胀力增大,对冻结壁整体稳定性产生不良影响。在冻结造孔时,要严格控制冻结管偏斜。     

多圈管冻结模型试验及水热耦合数学模型研究

根据相似理论推导出人工冻结温度场和水分场模型试验相似准则。以淮南某煤矿风井井筒工程条件为背景,进行了人工多圈管冻结模型试验,获得冻结壁形成过程中,温度场和水分场的变化规律;证实了温度梯度是引起人工正冻土中水分迁移的主要原因,推导了水热耦合控制微分方程。研究结果表明:位于冻结锋面处水分迁移最激烈;在冻结区内水分不发生迁移;冻结壁内部含水量为非均匀,靠近冻结管位置含水量增加,两圈冻结管之间水分迁移量最大,达到7%~10%;内圈冻结管和外圈冻结管含水量增加8%~12%。     

X型与圆形冻结管单管冻结温度场数值对比分析

运用有限元软件分别建立X型冻结管和圆形冻结管单管数值模型,分析了 2种冻结管单管冻结40 d后冻土帷幕的基本状况,并设置3条观察路径,对比分析采用不同冻结管冻结各路径上观察点温度的变化规律,以此来比较2种冻结管冻结效果的优劣.实验结果表明:冻结40 d时,X型、圆形冻结管分别形成一个近似矩形、圆形的冻土帷幕;采用X型冻...     

富水砂砾地层水平杯型冻结温度场变化规律分析

针对富水砂砾地层饱和度高、渗透性强和施工风险高等问题,盾构端头采用水平杯型冻结加固法,可有效防止涌水涌砂,保证施工安全.本文以昆明地铁5号线盾构始发端头的冻结作业为依托,对水平杯型多圈冻结帷幕各圈层的地层温度进行了现场监测,明确其温度场的变化规律、阶段特点及冻结效果.研究结果表明:温度场发展可划分为4个阶段,且与盐水降温的两期计划有很好的协调性.多圈冻结外圈与中圈之间冻结速度最快,外圈外侧最慢,发展速率之比可达1.00:0.53,符合实际工程需要.杯型冻结杯底加固区降温速率均高于杯身加固区,平均交圈时间快5 d左右,最终形成冻结帷幕的平均温度也更低.     

地下水渗流问题及其有限元数值模拟

推导出地下水渗流方程,并采用有限元数值方法进行了流场模拟．其中给出了二维有限元数值方法中一些可操作性参数和具体的计算方法、步骤．最后,以水坝渗流问题为数值算例,数值模拟结果良好．     

地下工程渗流场与应力场耦合的相似材料模拟

针对工程岩体中存在的渗流场与应力场耦合问题,在研制固液耦合实验材料的基础上制作了固液两相相似材料模拟模型,通过地下煤炭开采中渗流场与应力场耦合的相似材料模拟,得到了水在工程破坏岩体中的渗流以及岩体在渗流场作用下的破坏规律,确定了上湾保水采煤工作面的合理推进距离及基岩保护层的厚度。实验得出的结论和现场实践所取得的结论一致,进一步证实了实验的可靠性,这一实验的成功为以后研究渗流场与应力场的耦合开辟了新的途径。     

双层材料离心机转子侧壁温度分布的求解

为了解离心机单机转子侧壁的温度分布 ,对双层材料离心机的传热物理模型进行假设处理 ,将转子功耗、对流项、辐射项转化成热源项 ,并将热源项表示成 Fourier级数的形式。对双层材料离心机转子温度分布的求解简化成两个一维二阶微分方程的耦合求解问题。得到离心机转子侧壁轴向温度曲线的理论分析解 ,并对其进行了分析比较。     

考虑温度影响的岩体裂隙网络稳定渗流场数值分析

在岩体裂隙网络二维稳定渗流数学模型的基础之上,引入温度对渗透系数的影响,进而影响渗流场中的水头分布.编写了相应程序计算渗流场中各节点水头值,最后通过工程算例进行了验证分析结果表明:温度高的区域渗透系数偏大,考虑温度对渗透系数影响,能更加准确的反映裂隙岩体中的水头分布状况,所得出的渗流场水头值和总渗流量比不考虑温度影响时的值偏高.     

地下爆燃条件下油水井井下温度与压力的计算

高能气体地下爆燃是油水井增产和增注的有效措施之一．地下爆燃将产生大量的高温高压气体．为了揭示地下爆燃过程中油水井井筒的寿命是否受瞬间爆燃的影响，本文采用爆炸力学的计算方法，计算了井底温度与压力，预测了爆燃过程中井温和压力的变化规律，并对井筒的寿命进行了分析．文中选用美国提供的井下爆燃实测资料进行了理论计算，得出在地下爆燃30ms过程中井筒所受的最高温度为600℃，最低温度为220℃．这一温度远远低于双芳-3在爆燃时的瞬时温度，不会对油水井井简的寿命造成破坏．该结论对高能气体压裂在油气田中的应用具有重要的理论价值．     

持续强降雨引发水位耦合变化条件下堤防渗流及稳定性分析

针对江、河、湖泊土质堤防工程在持续强降雨下会导致堤前水位显著变化而可能引发堤防安全隐患,采用水-气二相非饱和渗流模型对堤防进行降雨入渗和堤前水位变化耦合条件下的饱和-非饱和渗流分析。分别开展降雨入渗、堤前水位上升及持续强降雨耦合堤前水位上升过程的非稳定渗流有限元仿真分析。在此基础上对堤坡进行抗滑稳定分析,同时考察堤前水位变化及降雨过程中气相和基质吸力对堤坡稳定性的影响。计算结果表明:与单纯的降雨和水位上升相比,降雨耦合堤前水位上升会使堤身渗流及堤坡抗滑稳定性呈现较复杂的变化特性;考虑气相和基质吸力在一定程度上对堤坡稳定分析结果有利。     

煤层气非饱和流阶段非稳态流固耦合渗流的一维摄动解析解

煤层甲烷运移包含渗流场、变形场和应力场的动态耦合过程 ,考虑到渗流过程中水 气两相不溶混流体与固体耦合作用 ,建立了非饱和水流阶段非稳态渗流问题的流固耦合数学模型 ,对该强非线性数学模型采用摄动法及积分变换法进行解析求解 ,并讨论了其压力动态特征 ,分析了压力随饱和度S及时间t变化的情况和气相以及耦合作用的影响 .图 4,参 6 .