人工凍結(jié)黏土導(dǎo)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(jié)法、凍結(jié)溫度場、凍土導(dǎo)熱系數(shù)及其反分析相關(guān)理論基礎(chǔ)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(fēng)井凍結(jié)工程（雙圈管差異凍結(jié)）為背景，對此礦井凍結(jié)溫度場進行了實測研究，同時對兩個代表性土層（88m砂質(zhì)黏土層和155m粉質(zhì)黏土層）的凍土導(dǎo)熱系數(shù)進行了試驗和反分析研究，并結(jié)合ANSYS大型軟件及反分析出的等效導(dǎo)熱系數(shù)對凍結(jié)溫度場的分布進行了模擬和分析，最后對凍結(jié)壁的發(fā)展?fàn)顩r進行預(yù)測并提出一些凍結(jié)建議。凍結(jié)溫度場實測研

2、究中設(shè)置了三個測溫孔，分別位于外圈管外側(cè)、兩圈管中間和內(nèi)圈管內(nèi)側(cè)，對200天內(nèi)的凍結(jié)溫度場變化情況進行了實測，主要分析了積極凍結(jié)期內(nèi)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(guān)，凍結(jié)100天內(nèi)T1、T2、T3平均降溫速度分別為0.21℃/d、0.17℃/d、0.16℃/d;凍結(jié)方式對降溫速度有明顯影響，凍結(jié)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(dǎo)熱系數(shù)試驗研究中考慮了含水量、干密度、土性及凍結(jié)溫度等影響因素，分別對各種因素與凍土導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)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(jié)粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)黏土導(dǎo)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(jié)論;凍土導(dǎo)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(jié)合試驗值設(shè)置了一組導(dǎo)熱系數(shù)序列，選擇使目標(biāo)函數(shù)最下的導(dǎo)熱系數(shù)值做為

4、最終的等效導(dǎo)熱系數(shù)，分別為2.0 W/(m·K)、1.9W/(m·K)，然后將此導(dǎo)熱系數(shù)值下的溫度場模擬值與實測值進行對比，結(jié)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(nèi)，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(jié)壁厚度及平均溫度進行模擬預(yù)測，并調(diào)取了溫度場云圖輔助分析，提出要適當(dāng)升高內(nèi)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