人工凍結黏土導熱系數(shù)試驗研究及多圈管溫度場形成規(guī)律.pdf

1、本文首先對人工凍結法、凍結溫度場、凍土導熱系數(shù)及其反分析相關理論基礎知識進行了闡述，然后以此為理論工具，以山西梵王寺礦西風井凍結工程（雙圈管差異凍結）為背景，對此礦井凍結溫度場進行了實測研究，同時對兩個代表性土層（88m砂質黏土層和155m粉質黏土層）的凍土導熱系數(shù)進行了試驗和反分析研究，并結合ANSYS大型軟件及反分析出的等效導熱系數(shù)對凍結溫度場的分布進行了模擬和分析，最后對凍結壁的發(fā)展狀況進行預測并提出一些凍結建議。凍結溫度場實測研

2、究中設置了三個測溫孔，分別位于外圈管外側、兩圈管中間和內圈管內側，對200天內的凍結溫度場變化情況進行了實測，主要分析了積極凍結期內的土層溫度發(fā)展變化狀況，得出土層實測溫度80天之前基本全部降到0℃以下，之后降溫速度變緩，180天以后趨于穩(wěn)定;土層實測溫度場與測溫孔的位置有關，凍結100天內T1、T2、T3平均降溫速度分別為0.21℃/d、0.17℃/d、0.16℃/d;凍結方式對降溫速度有明顯影響，凍結孔數(shù)量增大一倍，195m粗砂巖T

3、1、T2孔平均降溫速度約是475m粗砂巖的1.6倍;凍土導熱系數(shù)試驗研究中考慮了含水量、干密度、土性及凍結溫度等影響因素，分別對各種因素與凍土導熱系數(shù)的關系進行了試驗分析，得到含水率及干密度因素影響最為顯著，四個含水率下的凍結粉質黏土、砂質黏土導熱系數(shù)隨干密度的增長速率分別約是融化狀態(tài)下的4倍和3倍等若干重要結論;凍土導熱系數(shù)反分析過程中使用了選擇法及最小二乘法的理念，結合試驗值設置了一組導熱系數(shù)序列，選擇使目標函數(shù)最下的導熱系數(shù)值做為

4、最終的等效導熱系數(shù)，分別為2.0 W/(m·K)、1.9W/(m·K)，然后將此導熱系數(shù)值下的溫度場模擬值與實測值進行對比，結果顯示兩個層位三個測溫孔模擬與實測差值基本維持在2℃以內，表明試驗和反分析的合理及可靠性;最后本文利用ANSYS軟件對88m層位的溫度場、凍結壁厚度及平均溫度進行模擬預測，并調取了溫度場云圖輔助分析，提出要適當升高內圈管鹽水溫度等意見來保證井筒掘進施工的高效性和安全性。
　　本文采用的是理論、實測、試驗及模