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《双排管冻结下冻结壁温度场形成特征的数值分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第24卷第2期冰川冻土Vol.24No.22002年5月JOURNALOFGLACIOLOGYANDGEOCRYOLOGYMay2002文章编号:1000-0240(2002)02-0181-05双排管冻结下冻结壁温度场形成特征的数值分析1,22汪仁和,曹荣斌(1.中国科技大学力学与机械工程系,安徽合肥,230026;2.安徽理工大学土木工程系,安徽淮南,232001)摘要:冻结时间、冻结壁厚度和冻结壁温度场的性状是冻结法施工的关键参数,以工程实例为背景,考虑了水的导热系数λ和比热c的相态变化以及冻结管
2、吸热参数随温差而变化等因素,利用ANSYS大型有限元计算程序,对单、双排管冻结下冻结壁的形成及其变化特征进行详细的计算分析,得出了双排管冻结下冻结时间缩短、冻结效率提高、冻结壁平均温度下降等特性.最后,探讨了双排管冻结下冻结壁平均温度的简化计算方法.关键词:冻结壁;温度场;双排管冻结;有限元计算;平均温度中图分类号:P642.14文献标识码:A探讨双排管冻结下冻结壁温度场的性状和设计计算1概述方法.冻结法是岩土工程施工中的一种特殊方法,我2冻结壁温度场的性状分析国自1956年首次在开滦林西风井凿井中应用
3、成功后,该方法就成为我国煤矿上通过复杂表土地层的2.1计算模型及计算参数的选择[1,2]2.1.1计算模型一种惯用方法.至今,我国利用冻结法开凿的煤矿井筒数已达到450多个,冻结总长超过70km,井筒开挖直径D0=9.0m,冻结管直径为[4]并已扩大到城建、地铁、桥墩、锚碇基坑等工程建<159mm,冻结孔布置参数见表1.[3]设中.但随着冻结法凿井深度的增加(例如目前表1冻结孔布置参数计划建设的淮南矿务局顾桥矿、新集煤电公司刘庄Table1Parametersofthearrangementoffree
4、zeholes矿、淮北矿务局的涡北矿表土地层厚度都超过300单排双排m,而山东巨野矿区的表土地层厚度平均达600m冻结孔布置圈径/m13.511.615.6以上),以及冻结法在大型建筑基坑(例如润扬大桥冻结管根数362040冻结管间距/m1.181.821.22南锚基坑设计冻结壁厚度达5.5m)等岩土工程中的推广应用,单排冻结方案无论是从冻结时间上,不考虑天然地层热传导性能与地温的差别,视还是从冻结壁的强度、稳定性等方面都不能适应工冻结壁温度场为平面问题.程要求,必须采用双排乃至多排冻结方案.双排或2.
5、1.2计算参数多排管冻结下的冻结壁温度场不仅受同圈相邻冻结[5～7]土的热物理参数和冻结管的热交换参管的影响,同时也受邻排冻结管的影响,使冻结壁[3]数如表2所示.温度场的计算十分复杂.本文应用ANSYS有限元2.2双排与单排管冻结条件下的冻结壁主、界面软件对双排管冻结下的冻结壁温度场进行分析,并温度场特性与单排管冻结进行比照,找出二者之间的差别,以图1、图2分别为单、双排管冻结下冻结壁收稿日期:2001-09-18;修订日期:2002-01-25基金项目:安徽省自然科学基金项目(01044503)资助
6、作者简介:汪仁和(1956—),男,安徽合肥人,教授,1989年获淮南矿业学院工学硕士学位,现在中国科技大学力学与机械工程系申请博士学位,主要从事冻土工程与岩土力学的教学与科研工作.E-mail:rhwang@aust.edu.cn182冰川冻土24卷表2土与冻结管的计算参数Table2Calculationparametersofthesoilandthefreezepipes导热系数λ比热c重度天然地温冻结管/(kJ·m-1·h-1·℃-1)/(kJ·kg-1·℃-1)/(kN·m-3)/℃吸热量/
7、(kJ·m-2·h-1)表面温度/℃未冻土3.341.39218816231086～836-18～-30冻土3.891.028表3单、双排管冻结下冻结壁计算值Table3Calculatedfiguresoffrozenwallwithsingleanddoublerowsoffreezingpipes单排管冻结双排管冻结主面上冻结壁主面上冻结壁t/dEy/mE/mη/%Tp/℃t/dEy/mE/mη/%厚度/mTp/℃厚度/m主面1主面2601.511.511001.65-6.6392.392.391
8、002.852.91-4.5912.392.391002.49-8.3603.603.601003.603.61-10.22564.56.4070.36.38-13.3914.54.6497.04.604.62-14.3主、界面温度场特性,其中在图2中,主面1、2分别表示通过外、内排冻结管的主面.表3为单、双排管冻结下冻结壁的计算值,在表3中:t表示冻结时间;Ey、E与η分别表示界面上的冻结壁有效厚度、冻结壁厚度与冻结壁的利用率;Tp表示冻
