人工冻结黏土导热系数试验研究及多圈管温度场形成规律

发布时间：2018-05-06 21:12

  本文选题：冻结温度场 + 导热系数　； 参考：《安徽理工大学》2015年硕士论文

【摘要】：本文首先对人工冻结法、冻结温度场、冻土导热系数及其反分析相关理论基础知识进行了阐述,然后以此为理论工具,以山西梵王寺矿西风井冻结工程(双圈管差异冻结)为背景,对此矿井冻结温度场进行了实测研究,同时对两个代表性土层(88m砂质黏土层和155m粉质黏土层)的冻土导热系数进行了试验和反分析研究,并结合ANSYS大型软件及反分析出的等效导热系数对冻结温度场的分布进行了模拟和分析,最后对冻结壁的发展状况进行预测并提出一些冻结建议。 冻结温度场实测研究中设置了三个测温孔,分别位于外圈管外侧、两圈管中间和内圈管内侧,对200天内的冻结温度场变化情况进行了实测,主要分析了积极冻结期内的土层温度发展变化状况,得出土层实测温度80天之前基本全部降到0℃以下,之后降温速度变缓,180天以后趋于稳定；土层实测温度场与测温孔的位置有关,冻结100天内T1、T2、T3平均降温速度分别为0.21℃/d、0.17℃/d、0.16℃/d；冻结方式对降温速度有明显影响,冻结孔数量增大一倍,195m粗砂岩T1、T2孔平均降温速度约是475m粗砂岩的1.6倍；冻土导热系数试验研究中考虑了含水量、干密度、土性及冻结温度等影响因素,分别对各种因素与冻土导热系数的关系进行了试验分析,得到含水率及干密度因素影响最为显著,四个含水率下的冻结粉质黏土、砂质黏土导热系数随干密度的增长速率分别约是融化状态下的4倍和3倍等若干重要结论；冻土导热系数反分析过程中使用了选择法及最小二乘法的理念,结合试验值设置了一组导热系数序列,选择使目标函数最下的导热系数值做为最终的等效导热系数,分别为2.0W/(m·K)、1.9W/(m-K),然后将此导热系数值下的温度场模拟值与实测值进行对比,结果显示两个层位三个测温孔模拟与实测差值基本维持在2℃以内,表明试验和反分析的合理及可靠性；最后本文利用ANSYS软件对88m层位的温度场、冻结壁厚度及平均温度进行模拟预测,并调取了温度场云图辅助分析,提出要适当升高内圈管盐水温度等意见来保证井筒掘进施工的高效性和安全性。 本文采用的是理论、实测、试验及模拟相结合的可靠研究方法,本文的研究成果在一定程度上弥补了冻土导热系数研究的不足,同时可为冻土导热系数反分析提供一条思路,也可为类似地质条件下的人工冻结工程提供一种参考,具有较高的研究价值和重要的工程意义。
[Abstract]:In this paper, the theoretical basis of artificial freezing method, freezing temperature field, thermal conductivity of frozen soil and its back analysis are described, and then used as a theoretical tool. Based on the freezing project of west wind well in Fanwangsi Mine, Shanxi Province, the freezing temperature field of this mine is studied. At the same time, the thermal conductivity of permafrost of two representative layers of sand clay layer (88 m) and silty clay layer (155 m) is studied by experiments and back analysis. The distribution of freezing temperature field is simulated and analyzed by using ANSYS software and equivalent thermal conductivity. Finally, the development of freezing wall is forecasted and some freezing suggestions are put forward. In the study of freezing temperature field, three temperature measuring holes were set up, which were located outside the outer ring tube, in the middle of the two circles tube and inside the inner ring tube. The change of the freezing temperature field in 200 days was measured. This paper mainly analyzes the development and change of soil layer temperature during the active freezing period, and draws the conclusion that the measured temperature of soil layer dropped to 0 鈩，

本文编号：1853882