考虑土性参数不确定性的单管冻结温度场分析 被引量：9

1

作者 王涛 周国庆 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期1063-1069,共7页

针对冻结法应用中的单管冻结相变热传导问题,考虑土性参数空间上的变异性,将土体传热区域的导热系数和体积比热容模拟为随机场,基于随机场局部平均理论,采用Neumann展开Monte-Carlo随机有限元法对单管冻结随机温度场求解进行了分析,给... 针对冻结法应用中的单管冻结相变热传导问题,考虑土性参数空间上的变异性,将土体传热区域的导热系数和体积比热容模拟为随机场,基于随机场局部平均理论,采用Neumann展开Monte-Carlo随机有限元法对单管冻结随机温度场求解进行了分析,给出了有限元节点温度响应的均值与方差计算公式,根据计算流程框图编写了求解单管冻结温度场的Matlab随机有限元计算程序。通过算例,得到了考虑土性参数不确定的单管冻结温度场统计分布规律,并与将各随机参数视为单一随机变量的情况进行了对比。结果表明:随机场及其局部平均理论能合理考虑土性热学参数空间上的不确定性;土性热学参数模拟为随机场和随机变量获得的温度均值分布规律基本相同;模拟为随机变量得到的温度场变异性偏高,采用随机场建模方法显得更加科学合理。 展开更多

关键词 参数变异性 单冻结管 温度场 随机有限元

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考虑未冻水单管冻结温度场解析解 被引量：8

2

作者 周扬 周国庆 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期1649-1653,共5页

针对冻结法应用中的单管冻结问题,考虑土体在冻结状态下存在随负温连续变化的未冻水,通过将土中水随负温降低而连续冻结的过程离散化,建立了单管冻结温度场变化的离散相变模型,并给出了模型的解析计算方法。将解析解答与连续相变模型下... 针对冻结法应用中的单管冻结问题,考虑土体在冻结状态下存在随负温连续变化的未冻水,通过将土中水随负温降低而连续冻结的过程离散化,建立了单管冻结温度场变化的离散相变模型,并给出了模型的解析计算方法。将解析解答与连续相变模型下的数值解进行了对比,验证了该解答的正确性。利用解析解,分析了土体冻结状态下存在的未冻水对冻结锋面推进过程的影响,结果表明:忽略未冻水将低估土中冻结锋面的推进速度,并且其低估程度随土体比表面积的增加而增大。 展开更多

关键词 未冻水 单冻结管 温度场 解析解

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环形单圈管冻结稳态温度场解析解 被引量：42

3

作者 胡向东 陈锦 +1 位作者 汪洋 李伟平 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期874-880,共7页

人工地层冻结技术被广泛应用于地下工程施工中。冻结温度场的计算是人工冻结法理论研究的基础,也是冻结施工设计的重要依据。人工地层冻结施工常使用环形单圈冻结管冻结,而至今尚无关于其温度场的解析解。基于水-热异类相似原理,根据传... 人工地层冻结技术被广泛应用于地下工程施工中。冻结温度场的计算是人工冻结法理论研究的基础,也是冻结施工设计的重要依据。人工地层冻结施工常使用环形单圈冻结管冻结,而至今尚无关于其温度场的解析解。基于水-热异类相似原理,根据传热过程与地下水流动相似的特点,利用保角映射、汇源反映和势函数叠加原理,类比推导了环形单圈冻结管稳态温度场解析解,并用热学数值模拟方法加以验证,同时提出了简化的解析公式。结果表明,解析解计算结果与数值模拟结果较吻合,其简化公式得到的结果与原解析公式基本一致。在解析公式的基础上,经过简化,反推得到外部冻结壁厚度公式。解析解、简化公式以及厚度公式可为环形单圈冻结施工与设计提供理论的依据与指导。 展开更多

关键词 人工地层冻结法 环形单圈冻结管 温度场 解析解 势函数 保角映射 汇源反映 水-热异类相似

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单排管冻结巴霍尔金温度场控制参数敏感度分析 被引量：12

4

作者 胡传鹏 胡向东 朱合华 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期938-944,共7页

施工中常采用巴霍尔金公式根据现场实测的测温点温度数据,结合冻结孔布置方案来反算冻土帷幕厚度。为了使反算结果更加准确,针对巴霍尔金公式中的测温点位置、测温点温度及冻结管外表面温度3个参数对冻土帷幕厚度反算值影响的敏感度进... 施工中常采用巴霍尔金公式根据现场实测的测温点温度数据,结合冻结孔布置方案来反算冻土帷幕厚度。为了使反算结果更加准确,针对巴霍尔金公式中的测温点位置、测温点温度及冻结管外表面温度3个参数对冻土帷幕厚度反算值影响的敏感度进行分析。结果表明:3个参数对冻土帷幕厚度的测算均有较大影响;测温点位置布置在冻土帷幕边界附近时能得到比较准确的计算结果;测温点温度的测量误差越大计算结果的误差也越大;冻结管外表面温度产生较大波动也会导致计算结果产生较大波动。 展开更多

关键词 单排管冻结 巴霍尔金模型 温度场 测温 冻结法 冻土帷幕厚度

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新型单层冻结井壁膨胀及温度应力场数值计算研究 被引量：4

5

作者 陈晓祥 徐仪昌 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2012年第3期272-278,共7页

基于一种新型单层井壁结构,利用数值计算方法,对变温度、变弹性模量、变约束条件的井壁温度和膨胀应力场进行了深入研究,结果表明,加入膨胀剂的新型井壁径向在浇筑全程中均处于受压状态,井壁径向不会开裂;采用微膨胀混凝土能在井壁竖向... 基于一种新型单层井壁结构,利用数值计算方法,对变温度、变弹性模量、变约束条件的井壁温度和膨胀应力场进行了深入研究,结果表明,加入膨胀剂的新型井壁径向在浇筑全程中均处于受压状态,井壁径向不会开裂;采用微膨胀混凝土能在井壁竖向产生最大约1.59 MPa的压应力,有效防止了井壁温度裂缝的形成;温度拉应力仅出现在距井壁表面100 mm左右,拉伸裂缝属于浅表裂缝,且井壁内缘的竖向配筋将有助于抑制水平裂缝的出现;微膨胀混凝土可以在井壁环向最大提供2.8 MPa的环向压应力,使井壁在环向始终受压.研究结果对于单层井壁的设计与施工具有重要的指导意义. 展开更多

关键词 单层冻结井壁 温度应力 膨胀应力

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环形单圈管冻结稳态温度场一般解析解 被引量：14

6

作者 胡向东 韩延广 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期2342-2349,共8页

隧道联络通道和矿山竖井冻结法施工经常采用环形布置冻结管。对于环形布管冻结温度场的解,目前仅有冻结圈内完全冻实的单圈管冻结温度场解析解,但现实冻结工程中,内部通常是未冻实的。首先应用保角变换将环形单圈管冻结模型变换为易于... 隧道联络通道和矿山竖井冻结法施工经常采用环形布置冻结管。对于环形布管冻结温度场的解,目前仅有冻结圈内完全冻实的单圈管冻结温度场解析解,但现实冻结工程中,内部通常是未冻实的。首先应用保角变换将环形单圈管冻结模型变换为易于求解的特殊的直线型排布的模型,再结合调和方程的边界条件可分离的性质,将问题分解为单排问题和线性温度场问题,最后完成单圈管冻结圈内未冻实的温度场解析解。热力学数值模拟计算对解析解的验证结果表明:在冻土帷幕充分交圈后,数值模拟结果和解析解结果基本一致,得到的解析解具有较高的精度。同时本文解析解也适用于冻结圈内完全冻实的温度场。 展开更多

关键词 人工地层冻结法 环形单圈冻结管 温度场 解析解 保角变换 调和方程

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广义单排管冻结稳态温度场解析解 被引量：5

7

作者 方涛 胡向东 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第S02期535-543,共9页

人工地层冻结工法将土体中水变成冰,形成冻土,提高土体自身的承载力,是地下工程理想的加固体与止水帷幕。在高地下水位软土地区,冻结法被广泛应用于盾构进出洞加固工程中,其常见的布管形式有直线排管和圈管两大类。人工冻土帷幕的力学... 人工地层冻结工法将土体中水变成冰,形成冻土,提高土体自身的承载力,是地下工程理想的加固体与止水帷幕。在高地下水位软土地区,冻结法被广泛应用于盾构进出洞加固工程中,其常见的布管形式有直线排管和圈管两大类。人工冻土帷幕的力学性能与布管形式和温度分布密不可分,因此掌握不同布管形式的温度场分布是冻结工程成功的基础。现在较为流行的方法是将冻结看作准稳态过程,利用稳态公式近似计算温度场分布。对于单排管冻结稳态温度场的解,目前仅有简单布置条件下的解析解,尚无通用的解答形式。基于人工冻结稳态温度场假设,依托Бахолдин单排管模型建立相应稳态温度场的周期形式计算模型,引入狄拉克函数,利用格林函数法获得其解析解的周期表达形式,并外推获得广义单排管冻结稳态温度场解析解的矩阵表达形式;选取1种特殊的布管形式,应用有限元软件进行冻结瞬态数值模拟,检验稳态温度场解析解用于预估瞬态温度场分布的准确性和适用性。结果表明,在单排管冻结前期,由于冻土尚未交圈,冻结管与土体热交换剧烈,解析解与数值计算结果之间存在一定的误差,但总体变化趋势是保持一致的。当冻土发展一段时间后,热交换趋于稳定状态,解析解与数值计算的吻合程度非常高,即该阶段内,利用解析解能较好得预估瞬态温度场分布情况。 展开更多

关键词 人工地层冻结法 广义单排冻结管 稳态温度场 解析解 周期函数 格林函数法

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含水不稳定基岩段新型单层冻结井壁结构及抗渗研究 被引量：2

8

作者 王凤娇 姚直书 《中国煤炭》 北大核心 2012年第6期56-58,76,共4页

单层井壁较我国普遍采用的双层井壁结构形式有施工工期短,成本低等优点。提出了在煤矿立井穿过含水不稳定基岩段时,可采用单层井壁结构。针对单层井壁存在施工冷缝且受到地下水压力和多向应力的作用出现渗(漏)水的问题,研制出了一种用... 单层井壁较我国普遍采用的双层井壁结构形式有施工工期短,成本低等优点。提出了在煤矿立井穿过含水不稳定基岩段时,可采用单层井壁结构。针对单层井壁存在施工冷缝且受到地下水压力和多向应力的作用出现渗(漏)水的问题,研制出了一种用膨胀混凝土和类S形接茬方式浇筑的新型单层井壁结构形式。根据相似理论进行了井壁结构模型设计和模型试件的加工制作,并做了相关的模型试验。研究结果表明,此种新型单层冻结井壁在环向压力和竖向压力共同作用下的抗渗性能良好,所以单层冻结井壁在井壁结构施工中具有一定的可行性。 展开更多

关键词 不稳定含水基岩 单层冻结井壁 接茬缝 模型试验

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人工冻结黏土冻胀特性试验研究 被引量：8

9

作者 李阳 李栋伟 陈军浩 《煤炭工程》 北大核心 2015年第2期126-129,共4页

为进一步研究人工冻结黏土的冻胀特性,分别在单、双向冻结和顶部预留一定空间量的单向冻结条件下,对重塑黏土进行了冻结试验。结果表明:冷端温度相同时,单、双向冻结试样冻胀力随时间变化规律一致,但双向冻结试样的冻胀开始时间略早于... 为进一步研究人工冻结黏土的冻胀特性,分别在单、双向冻结和顶部预留一定空间量的单向冻结条件下,对重塑黏土进行了冻结试验。结果表明:冷端温度相同时,单、双向冻结试样冻胀力随时间变化规律一致,但双向冻结试样的冻胀开始时间略早于单向冻结,且在冻胀快速增长阶段,冻胀力增长速率明显快于单向冻结;随着冷端温度的降低,单、双向冻结试样冻胀力都呈非线性增大,但在任一温度水平下,两种模式下的差值基本相同;双向冻结模式下,土样测点的温度及冻结锋面的发展随时间变化规律基本都延纵向对称,其中冻结锋面平均发展速度约是单向冻结条件下的3倍;预留一定空间量的单向冻结试验是可行的,能直接得出土样冻胀力与冻胀量之间的关系。 展开更多

关键词 单、双向冻结 冻胀量 冻胀力 冻结锋面 预留空间量

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直线形单排管冻土帷幕平均温度计算 被引量：7

10

作者 胡向东 刘阳辉 +1 位作者 洪泽群 韩延广 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期1092-1097,共6页

在人工地层冻结工程中,平均温度是评价冻土帷幕状态,进行冻土帷幕力学性能分析的基本参数,本文研究单排管冻结形成的冻土帷幕的平均温度计算。基于单排管冻结稳态温度场解析解,直接对温度场表达式进行积分运算,运用分部积分法和积分中... 在人工地层冻结工程中,平均温度是评价冻土帷幕状态,进行冻土帷幕力学性能分析的基本参数,本文研究单排管冻结形成的冻土帷幕的平均温度计算。基于单排管冻结稳态温度场解析解,直接对温度场表达式进行积分运算,运用分部积分法和积分中值定理,得到了单排管冻结平均温度计算公式,根据工程中的实际参数取值进行了公式的简化。考虑到温度场解析解在冻结管区域的不适用,采用相同的积分策略求解冻结管区域对平均温度计算的影响,进行了平均温度计算公式的修正。使用A NSYS进行了单排管冻结的热学稳态数值模拟与平均温度计算公式的结果进行比对,考察管间距l=0. 4,0.6,0.8,1.0,1.2,1.4 m,相对厚度ξ/l=0. 5,0.6,0. 7,0. 8,1.0,1.5共6种冻结发展状态,根据试验报告进行土质参数取值,冻结参数为工程中常用取值。对比计算结果显示,公式计算与数值计算的结果较为吻合。当相对厚度大于0.5时,随着冻土厚度的发展(相对厚度的增大),理论计算结果与数值计算结果的差值迅速减小到0.5以内,当相对厚度大于0.6时,差值小于0.2℃当相对厚度为1及以上时,差值小于0.1℃。通过数值模拟验证了平均温度计算公式的准确性,也说明公式简化和修正的合理性,公式计算的误差满足工程应用的要求。 展开更多

关键词 人工地层冻结法 单排管冻结 稳态温度场解析解 平均温度 数值模拟

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葫芦素矿井创新设计综述 被引量：3

11

作者 冯冠学 徐香庆 《煤炭工程》 北大核心 2015年第9期1-3,8,共4页

简要介绍了葫芦素矿井的基本设计情况、设计指导思想,重点介绍了创新设计内容,分别从井田开拓、井壁结构、采区布置、大硐室设计、提升设备、地面建筑等9个方面总结提炼了其设计创新点。在葫芦素矿井设计中设计人员通过大量调研,采用国... 简要介绍了葫芦素矿井的基本设计情况、设计指导思想,重点介绍了创新设计内容,分别从井田开拓、井壁结构、采区布置、大硐室设计、提升设备、地面建筑等9个方面总结提炼了其设计创新点。在葫芦素矿井设计中设计人员通过大量调研,采用国内外先进技术和装备,如:单层冻结井壁、引进国外的主井绞车、50t箕斗、特大尺寸罐笼、薄壳球仓等,不但节省了建设投资,也为今后同类型矿井设计和建设提供了宝贵经验。 展开更多

关键词 矿井设计 井田开拓 采区布置 提升机 薄壳球仓 单层冻结井壁

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