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。
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。
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。
为求解基坑工程围护结构出现渗漏而采用局部冻结止水的温度场分布,以基坑阳角处3管冻结封水为背景,考虑地连墙绝热边界的影响,基于热势叠加理论和镜像法,推导获得稳态温度场解析解,并通过不同特征截面上解析与数值结果的对比,验证解析解的准确性和适用性。研究表明:1)稳态条件下各特征截面的温度误差在0.3℃以内,解析解具有足够的精确性; 2)随着冻结天数的增加,冻结模型由非稳态逐渐向准稳态转变,温度误差不断减小,由第10天的17.1℃降低到第100天的0.3℃,解析解随冻结时间延长而逐渐适用和准确; 3)铺设保温材料的地连墙限制了冷量的耗散,有利于基坑阳角与冻结管轴面之间土体的降温,而冻结管轴面对称位置的冻土温度明显更高(最大温差达17℃),成为冻结薄弱区域; 4)在基坑局部渗漏水冻结修复时,考虑绝热边界积极效果的同时也应关注冻结薄弱区域的存在,以优化冻结管与绝热边界的位置关系。
为求解基坑工程围护结构出现渗漏而采用局部冻结止水的温度场分布,以基坑阳角处3管冻结封水为背景,考虑地连墙绝热边界的影响,基于热势叠加理论和镜像法,推导获得稳态温度场解析解,并通过不同特征截面上解析与数值结果的对比,验证解析解的准确性和适用性。研究表明:1)稳态条件下各特征截面的温度误差在0.3℃以内,解析解具有足够的精确性; 2)随着冻结天数的增加,冻结模型由非稳态逐渐向准稳态转变,温度误差不断减小,由第10天的17.1℃降低到第100天的0.3℃,解析解随冻结时间延长而逐渐适用和准确; 3)铺设保温材料的地连墙限制了冷量的耗散,有利于基坑阳角与冻结管轴面之间土体的降温,而冻结管轴面对称位置的冻土温度明显更高(最大温差达17℃),成为冻结薄弱区域; 4)在基坑局部渗漏水冻结修复时,考虑绝热边界积极效果的同时也应关注冻结薄弱区域的存在,以优化冻结管与绝热边界的位置关系。
为求解基坑工程围护结构出现渗漏而采用局部冻结止水的温度场分布,以基坑阳角处3管冻结封水为背景,考虑地连墙绝热边界的影响,基于热势叠加理论和镜像法,推导获得稳态温度场解析解,并通过不同特征截面上解析与数值结果的对比,验证解析解的准确性和适用性。研究表明:1)稳态条件下各特征截面的温度误差在0.3℃以内,解析解具有足够的精确性; 2)随着冻结天数的增加,冻结模型由非稳态逐渐向准稳态转变,温度误差不断减小,由第10天的17.1℃降低到第100天的0.3℃,解析解随冻结时间延长而逐渐适用和准确; 3)铺设保温材料的地连墙限制了冷量的耗散,有利于基坑阳角与冻结管轴面之间土体的降温,而冻结管轴面对称位置的冻土温度明显更高(最大温差达17℃),成为冻结薄弱区域; 4)在基坑局部渗漏水冻结修复时,考虑绝热边界积极效果的同时也应关注冻结薄弱区域的存在,以优化冻结管与绝热边界的位置关系。
寒区渠道走向导致的太阳光遮蔽产生了阴阳坡效应,引起了渠道水、热、变形的非对称分布。为探明其对渠道冻胀破坏的影响规律,本文提出了渠道阴影计算方法,采用HOTTEL晴空辐射模型,基于辐射度算法建立了考虑太阳辐射时空变化的渠道热辐射边界方程,并结合冻土水-热-力耦合理论构建了"环境-冻土-工程"相互作用的耦合冻胀模型。基于寒区"E-W"走向大型输水渠道现场监测数据验证了该模型的准确性,并系统分析了渠道温度场、水分场及变形场的耦合作用及发展变化的不对称、不同步规律。仿真结果表明:太阳辐射和阴坡遮蔽导致阴阳坡热边界差异显著,其日均温差最大为3.5℃,阴坡早于阳坡15 d冻结,晚于阳坡1 d融化,冻深最大差值为31 cm;冻结期内阴坡冰含量明显高于阳坡,而融化期阳坡冰融化较快,水分场呈条带状分布;坡板和底板最大冻胀变形分别发生在1/4～1/3坡长处和偏阳坡处,阴阳坡冻胀变形差值最大为4.0 cm。上述不对称、不同步冻结特征的宏观表现均是由阴阳坡太阳辐射的空间效应和昼夜温差的时间效应引起的温度梯度和冻结速率差异所致,就此给出了冻胀数值模拟热边界合理选取的建议,为寒旱区大型渠道防冻胀设计、复核及修复提...
寒区渠道走向导致的太阳光遮蔽产生了阴阳坡效应,引起了渠道水、热、变形的非对称分布。为探明其对渠道冻胀破坏的影响规律,本文提出了渠道阴影计算方法,采用HOTTEL晴空辐射模型,基于辐射度算法建立了考虑太阳辐射时空变化的渠道热辐射边界方程,并结合冻土水-热-力耦合理论构建了"环境-冻土-工程"相互作用的耦合冻胀模型。基于寒区"E-W"走向大型输水渠道现场监测数据验证了该模型的准确性,并系统分析了渠道温度场、水分场及变形场的耦合作用及发展变化的不对称、不同步规律。仿真结果表明:太阳辐射和阴坡遮蔽导致阴阳坡热边界差异显著,其日均温差最大为3.5℃,阴坡早于阳坡15 d冻结,晚于阳坡1 d融化,冻深最大差值为31 cm;冻结期内阴坡冰含量明显高于阳坡,而融化期阳坡冰融化较快,水分场呈条带状分布;坡板和底板最大冻胀变形分别发生在1/4～1/3坡长处和偏阳坡处,阴阳坡冻胀变形差值最大为4.0 cm。上述不对称、不同步冻结特征的宏观表现均是由阴阳坡太阳辐射的空间效应和昼夜温差的时间效应引起的温度梯度和冻结速率差异所致,就此给出了冻胀数值模拟热边界合理选取的建议,为寒旱区大型渠道防冻胀设计、复核及修复提...
寒区渠道走向导致的太阳光遮蔽产生了阴阳坡效应,引起了渠道水、热、变形的非对称分布。为探明其对渠道冻胀破坏的影响规律,本文提出了渠道阴影计算方法,采用HOTTEL晴空辐射模型,基于辐射度算法建立了考虑太阳辐射时空变化的渠道热辐射边界方程,并结合冻土水-热-力耦合理论构建了"环境-冻土-工程"相互作用的耦合冻胀模型。基于寒区"E-W"走向大型输水渠道现场监测数据验证了该模型的准确性,并系统分析了渠道温度场、水分场及变形场的耦合作用及发展变化的不对称、不同步规律。仿真结果表明:太阳辐射和阴坡遮蔽导致阴阳坡热边界差异显著,其日均温差最大为3.5℃,阴坡早于阳坡15 d冻结,晚于阳坡1 d融化,冻深最大差值为31 cm;冻结期内阴坡冰含量明显高于阳坡,而融化期阳坡冰融化较快,水分场呈条带状分布;坡板和底板最大冻胀变形分别发生在1/4～1/3坡长处和偏阳坡处,阴阳坡冻胀变形差值最大为4.0 cm。上述不对称、不同步冻结特征的宏观表现均是由阴阳坡太阳辐射的空间效应和昼夜温差的时间效应引起的温度梯度和冻结速率差异所致,就此给出了冻胀数值模拟热边界合理选取的建议,为寒旱区大型渠道防冻胀设计、复核及修复提...
提出一种用于解决圆柱形岩石巷道轴对称问题和确定其周围瞬时温度场的数学模型和算法,该方法的显著特征是在岩巷内沿与大气的接触面上引入空气热边界层。通过计算位于俄罗斯远东多年冻土区某实际岩体的融化深度,对该算法及模型进行了验证。研究结果表明:该方法计算所得岩层融化深度取决于隧道衬砌外侧的隔热层厚度,同时还给出了双侧开挖施工后沿隧道长度方向上岩体融化深度的计算结果。