人工冻结温度场特性研究及导热系数反分析

发布时间：2017-06-20 04:10

  本文关键词：人工冻结温度场特性研究及导热系数反分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文在一开始对一些有关于冻结施工的理论进行了系统的阐述,例如人工冻结法、冻结温度场、冻土导热系数及反问题的一些相关理论。然后运用以上理论,结合某某地铁具体的施工方案,对该地铁的冻结温度场进行了实测分析。同时取该地铁隧道非常典型的5.4m淤泥质粉细砂土层,对该土层进行试验,获取改土层的相关参数。在实验的基础上,对土体的导热系数和土体分析进行了研究,并采用了目前国内外主流非常有限元分析软件ANSYS,利用数值模拟方法对冻结温度场进行模拟和分析。最后对地铁冻结施工中的冻结壁的发展做出了预测并给出了一些合理化的建议。导热系数是研究温度场的一个重要参数,对导热系数进行了实验,得出了导热系数与干密度、含水率有关的结论,干密度、含水率是影响最大的因素,人工冻结淤泥质粉细砂-10℃时的导热系数平均增长率约为每0.1g/cm3增长0.06W/m·K,人工冻结淤泥质粉细砂-1 0℃时导热系数的平均增长率约为每增长5%的含水率导热系数增长0.04W/m·K。在使用最小二乘理论的基础上,试验设置几个导热系数,并对其进行分析和优化,最后的导热系数是对应于最低目标函数值为30.77,此时对应的导热系数为1.35 W/m·K,导热系数对应的温度场模拟结果最接近实测值。然后将此导热系数下的温度模拟值与实测温度值进行比较,得出四个测温孔的温度模拟值与实测值相差不大,这就意味着试验的真实性和反分析的可靠性。在文章最后运用ANSYS软件对5.4m层位的土体进行温度、冻结壁厚度进行了模拟,并在该基础上做出了预测5.4m土层处的交圈时间预测为第60天。本文的研究成果为冻土的反分析提供了新的方法,也为地下冻结法施工提供了经验参考,具有重要的研究意义和工程价值。
【关键词】：冻结温度场 导热系数 反分析 试验 数值模拟
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U231.3;U455.49
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 1 绪论13-23
• 1.1 课题的提出13-15
• 1.2 国内外研究现状15-20
• 1.2.1 冻结温度场的研究现状15-17
• 1.2.2 岩土反分析的研究现状17-20
• 1.3 课题研究内容及技术路线20-23
• 1.3.1 主要研究内容及方法20-21
• 1.3.2 技术路线21-23
• 2 冻结温度场的基本理论23-29
• 2.1 温度场的基本概述23-25
• 2.2 冻土热物理参数25-26
• 2.3 温度场变化过程的数学模型26-29
• 2.3.1 积极冻结阶段26-28
• 2.3.2 维护冻结阶段28
• 2.3.3 自然解冻阶段28-29
• 3 冻土的导热系数试验29-43
• 3.1 试验研究的背景和意义29
• 3.2 试验研究的内容29-35
• 3.2.1 常规土工试验29-31
• 3.2.2 导热系数试验31-35
• 3.2.2.1 试验的原理31-32
• 3.2.2.2 试验的仪器32-35
• 3.3 试验的结果和分析35-41
• 3.3.1 试验结果35-36
• 3.3.2 试验分析36-41
• 3.3.2.1 导热系数与干密度的关系36-38
• 3.3.2.2 导热系数与含水率的关系38-41
• 3.4 本章小结41-43
• 4 冻结温度场实测分析43-57
• 4.1 工程概况43-47
• 4.1.1 地质条件46-47
• 4.1.2 气候条件47
• 4.1.3 地下水位47
• 4.2 实测温度场分析47-56
• 4.2.1 冻结盐水温度实测变化47-49
• 4.2.2 测温孔温度实测变化49-56
• 4.3 本章小结56-57
• 5 冻土的导热系数反分析和温度场数值模拟57-71
• 5.1 概述57
• 5.2 本文导热系数反分析的方法57-59
• 5.2.1 导热系数反分析的思路58
• 5.2.2 导热反分析数学模型58-59
• 5.3 导热系数反分析中的数值模拟59-68
• 5.3.1 ANSYS软件介绍59-60
• 5.3.2 建模、划分网格60-62
• 5.3.3 反分析计算结果62-64
• 5.3.4 冻结温度场的分析与预测64-68
• 5.3.4.1 冻结温度场分布云图64-68
• 5.3.4.2 交圈时间预测68
• 5.3.4.3 冻结壁有效厚度及平均温度68
• 5.4 本章小结68-71
• 6 主要结论和展望71-73
• 6.1 主要结论71-72
• 6.2 本文展望72-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-79
• 作者简介及读研期间主要科研成果79

【参考文献】

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本文编号：464535