整体式太阳热水器在寒冷气候条件下的冻结厚度与热损系数U值及水层深度的关系

利用一维焓法建立了第三类边界条件下有限厚度的水存在自然对流时的冻结过程的理论模型 ,并利用类似于反问题的方法 ,结合计算和实验的手段确定了热损系数U值。所建模型和计算结果通过不同的实验条件得到了验证。该模型可用来确定在寒冷气候条件下整体式 (ICS)太阳热水器的冻结厚度与热损系数U值及水层深度的关系。并根据国内一些城市冬季的气象参数 ,给出了典型的计算结果。所得结果可对ICS太阳热水器的设计及对透明盖板材料和选择性涂层的选用提供参考。

基于力法的含砂淤泥质土层冻结壁厚度计算

高含水软弱地层多采用人工冻结法施工,冻结壁厚的设计是关键。通过理论推导及模型简化,提出含砂淤泥质土层冻结壁厚的设计方法。以苏州地铁联络通道为依托,在室内还原现场条件,得到某一温度下人工冻土的物理力学试验参数,并对其进行综合分析,以强度控制法与力法为计算基础,考虑所涉及的相关安全系数,确定含砂淤泥质土层冻结壁厚为2 m。

富水砂层冻结斜井冻结壁厚度设计

根据富水砂层松散地层的特殊性质将冻结井筒分为浅埋和深埋2种情况,分别采用岩柱法和普氏理论对井筒围岩压力进行分析,给出了井筒浅埋和深埋2种情况下富水砂层斜井冻结壁厚度计算方法,现场实践表明富水砂层冻结斜井冻结壁厚度设计方法是合理可行的。

深厚表土冻结壁厚度与深度关系的统计再分析

为改进冻结壁厚度的设计方法,基于室内深厚表土静止土压力的实验成果和400 m深以内统计资料的分析,总结归纳出深厚表土冻结壁厚度与静止土压力的相应关系,提出一种新的冻结壁厚度设计方法.结果表明:已有成功的冻结壁厚度统计经验设计在400 m以内是可靠的,但超过400 m以后不加条件的推演将增加风险性,一个简便的方法是适当增大其安全系数.冻结壁厚度与深厚表土静止土压力系数有较大相关性,呈良好双曲线关系,作为深厚表土冻结壁厚度设计的一种统计意义的校核方法是可行的.

朱集矿主井井筒冻结壁厚度参数优化应用

冻结法施工技术在煤炭开采中应用极为广泛。有效的冻结壁参数设计不仅能够极大地减少施工量,加快施工进度,更能极大地降低施工成本。由于缺乏准确性,传统参数设计不能准确反应每段冻结壁的厚度。以朱集矿主井冻结壁设计为研究背景,运用权值分析法对冻结壁厚度参数进行优化。结果表明:优化后的参数更加科学、有效。

深厚冲积层中冻结壁厚度的研究

本文对冻结法凿井中冻结壁厚度的确定方法进行分析指出:用古典力学理论,常规的材料力学试验方法研究深厚冲积层中冻土和冻结壁已不适用。用模拟试验的方法,研究冻结壁厚度与外载、冻结壁温度、掘进半径、段高、段高暴露时间等参数间关系,得到在深厚冲积层中砂层和粘土层的冻结壁厚度计算公式。并对冻土、冻结壁的力学参数、本构关系和强度理论的研究方法和方向提出建议。

深厚冲积层冻结壁厚度设计理论的应用与探讨

分析了国内外现有的冻结壁设计理论,并利用这些理论对某矿主井冻结法凿井这一工程实例进行冻结壁厚度计算;深入分析了计算理论的各自适用条件和局限性,提出了今后优化深井冻结壁设计理论所要注重的因素。

深土地压及对冻结壁厚度的影响

在对深厚表土中地压计算公式总结的基础上,根据冻结凿井的施工力学行为过程探讨了深厚表土中地压特点;通过深部重塑土的高压K0固结水平加(卸)荷试验,获得了挤压(松弛)应力Ps与水平挤压(松弛)位移δ之间的关系式,并进一步分析了忽略挤压(松弛)应力Ps造成的深土地压及冻结壁厚度的计算误差;对深厚表土的地压应根据冻结凿井施工过程确定,以避免重大工程事故。

黏土地层联络通道冻结壁厚度优化设计及应用研究

为解决传统冻结壁设计方法不能真实、合理地反映黏土地层中联络通道冻结壁实际受力情况,进而导致冻结壁厚度设计过于保守的问题,结合黏土地层直墙拱形冻结壁实际受力特点,基于对冻结壁支护压力的合理计算,提出1种适用于黏土地层冻结壁厚度设计的优化方法。结果表明:与传统设计方法相比,该方法所确定冻结壁支护压力与实际施工环境中冻结壁受力状态吻合效果更好,并且能够提供合理的安全储备;经数值计算和现场应用验证,计算所得冻结壁设计方案可以满足施工环境中的承载力及变形稳定性要求;且相较传统设计方案,所得方案兼具安全性与经济性,可有效规避因设计过于保守和冻结周期过长引起的冻胀、融沉变形过大等工程灾害的风险;该方法高效、易行,可为传统冻结壁设计方法提供必要补充,亦可为类似工程的施工设计提供有益参考。

冻结井筒井帮温度与冻结壁厚度的关系

用多姆克公式分段计算冻结壁厚度 ,探讨井帮温度与冻结壁厚度的关系 ,以便通过测量井帮温度推测冻结壁厚度 ,达到安全施工 ,快速掘砌的目的。

厚表土层湿土结冰温度与冻结壁厚度确定的研究

用研制的冰点仪，对含水土的结冰温度与赋存深度、含盐量和含水率的关系进行了实验研究．获得了含水土结冰温度与诸参数的关系，给出了求算结冰温度和判定冻结壁实际厚度的方法和计算公式．

厚600 m以上冲积层冻结壁厚度设计方法研究

冻结法凿井是井筒穿过厚600 m及以上冲积层的主要凿井方法,冻结壁厚度设计计算方法是深厚冲积层冻结法凿井必须要攻克的难题之一。且深厚冲积层冻结壁厚度计算公式中涉及的相关参数难以确定,无法在工程中设计应用。结合赵固二矿西风井厚704.6 m冲积层冻结法凿井工程实践,提出厚600~1 000 m冲积层冻结壁设计时可采用经典的多姆克计算公式、维亚洛夫-扎列茨基有限段高塑性计算公式分别计算砂性土层、黏性土层冻结壁厚度,并提出计算公式中掘进段高、冻土抗压强度等关键参数取值方法。提出厚600 m以上冲积层冻结法凿井深部采用爆破掘进时,应将爆破掘进段高作为计算段高代入维亚洛夫-扎列茨基有限段高塑性计算公式,从而计算得到正确的黏性土层冻结壁厚度。针对深部不同层位地层冻土抗压强度试验值具有很大离散性的特点,提出冻结壁设计要从安全性、先进性、经济合理性的角度综合考量,系统分析冻土、非冻土抗压强度试验特点和深厚冲积层冻结段掘进工艺特点,冻土计算强度选取应区分均值与低值,均值用来计算各层位一般状态下的冻结壁厚度,低值用来核算层位最不利情况下的冻结壁厚度。提出合理发挥掘砌段高调控对冻结壁稳定性的影响作用,确定深厚冲积层黏性土层控制层位冻土计算强度取值和冻结壁设计厚度。设计方法在工程实践得到验证,取得安全优质、经济合理、快速施工的效果,科学指导了施工。

基于结构力学力法的地铁联络通道冻结壁厚度设计研究

介绍了人工冻结法的基本原理以及人工冻结法中选用合适冻结壁厚度的重要性。现有的冻结壁厚度设计方法无法适用于地铁联络通道冻结壁厚度设计计算,因此结合地铁联络通道的实际受力特点,提出采用结构力学力法设计冻结壁厚度。建立了新的冻结壁结构计算模型,求解冻结壁各截面内力;再利用冻结壁应满足的应力强度条件推导出冻结壁厚度与任意截面所受内力的关系式,计算联络通道的冻结壁设计厚度;利用推导出的冻结壁厚度计算公式,结合哈尔滨地铁联络通道的冻结法施工案例,计算出该联络通道冻结壁设计厚度取2.0 m;利用ANSYS数值分析软件验证了该种冻结壁厚度设计方法满足设计要求。

斜井冻结壁厚度计算方法

以往斜井冻结壁厚度的确定,主要参考立井冻结壁计算及施工经验。通过理论分析和马泰壕矿主斜井冻结工程实践,提出了按浅埋和深埋斜井两种情况,来解决斜井冻结壁厚度计算问题的新方法。

富水砂层交叠联络通道冻结设计方案研究

与常规联络通道冻结相比,交叠联络通道的冻结体量大、开挖构筑时间长、冻结孔布置形式更加复杂,其冻结设计与常规冻结设计有明显差异。为实现富水砂层叠落区间联络通道安全高效施工,结合叠落区间交叠联络通道结构形式,进行异型联络通道冻结方案设计。首先,在哈尔滨地铁3号线2期河松街站工程现场取土,并送至冻土实验室进行土体低温物理力学试验,得到-10℃时低温土体物理力学参数,确定粉质黏土-10℃环境下单轴抗压强度为3.53 MPa;根据试验结果进行冻结壁厚度设计,得到通道顶部及侧墙冻结壁厚度为3.0 m,集水井底部冻结壁厚度为4.0 m,平均温度为-10℃。数值计算结果表明,冻结壁强度和位移指标均满足安全要求。根据冻结壁厚度布置冻结孔,提出“地面垂直+洞内水平冻结”加固方式。针对距离建筑物较近的特点,为控制冻胀,采用地面垂直泄压孔与洞内水平泄压孔相结合的方式,施工期间地表最大冻胀量为8.59 mm,对环境影响可控。工程实践表明,采用该设计方案开挖工作面稳定性好,冻胀量可控。

高流速卵石地层地铁联络通道人工冻结温度场研究

地铁联络通道的开挖经常受到地下水干扰,人工地层冻结法凭借其优秀的封水性和适应性成为富水地层联络通道施工的首选工法。依托北京地铁12号线苏州桥站~人民大学站区间1#联络通道冻结工程,通过现场实测研究地层温度场和泄压孔压力的发展规律,分析冻结帷幕的交圈特征,确定高流速地层冻结壁薄弱位置。结果表明:盐水去回路温度在冻结初期迅速下降,而后降速减缓并最终稳定在-28℃以下;测温孔中土体与管片交界处的温度高于土体内部,渗流上游冻结壁温度高于下游,这些区域应当重点监测;冻结至59 d时,利用基于实际降温速率的分阶段冻结壁厚度计算方法求得不同截面位置处的冻结壁最小厚度为2495.2 mm,同时泄压孔压力已全部释放并保持稳定,冻结壁不再发展,满足联络通道开挖要求。研究成果能为高流速地层的人工冻结参数选取和监测提供理论支持。

地铁联络通道冻结壁厚度计算方法研究

冻结帷幕厚度是人工地层冻结设计的关键部分,是确定其他冻结参数和施工机械的基础,对地下工程的顺利掘进有决定性影响。论文依托北京地铁19号线草桥站—右安门外站区间联络通道冻结工程,采用结构力学理论,基于强度控制法计算冻结壁的厚度,并采用冻结管挠度限值进行冻结壁变形验算。研究结果表明,满足强度要求的联络通道冻结壁设计厚度为2.2 m,拱顶的最大竖向位移为11 mm,满足冻结管挠度限值要求,冻结壁厚度设计合理,不会发生变形破坏。

蒙陕矿区白垩系地层冻结壁厚度设计研究

针对目前蒙陕矿区白垩系地层冻结壁厚度设计中控制层深度随意确定、冻结壁力学模型任意选取等的混乱状况,通过对该矿区白垩系地层力学性质特点与20多个相关井筒案例的分析与研究,提出了该矿区白垩系地层冻结壁厚度设计原则:计算冻结壁厚度的控制层应为白垩系底部岩层,冻结壁力学模型应选用无限长弹塑性厚壁圆筒,冻结壁荷载应为静水压力。并根据此原则,对该矿区已施工的21个冻结井筒进行了验算。结果表明:作者提出的蒙陕矿区冻结壁厚度设计原则,适用于该矿区白垩系地层冻结壁厚度设计。该设计原则对西部地区类似地层冻结壁厚度设计具有指导意义。

北京砂卵石地层盆形冻结的温度场扩展规律研究

地下工程盆形冻结止水结构包括位于开挖范围周围的冻结帷幕(盆壁)及开挖范围底部的水平冻结板(盆底)两部分。采用物理模型试验与数值模拟的方法,分析了北京典型富水砂卵石地层条件下盆形冻结在静水及0.5 m/d渗流条件下的温度场扩展规律。研究发现:盆形冻结技术作为冻结工法在市政工程领域的全新应用,对地下工程的施工区域能够有效起到冻结止水效果;盆形结构不同部位在不同的渗流条件会表现出不同的冻结交圈次序,静水条件下盆壁冻结管会先于盆底冻结管交圈,渗流条件下则依次是顺水流盆壁、盆底、背水面盆壁、迎水面盆壁,此时盆壁冻结是制约盆形冻结的关键因素,实际工程应重点关注盆壁冻结;冻结厚度是评价冻结效果最直观的指标,在静水条件下盆壁厚度趋于稳定,盆底水平冻结板厚度逐渐超过盆底冻结管长度且向盆内与盆外两个方向同时发展;渗流条件下,迎水面盆壁厚度最小,背水面盆壁由于绕流现象出现冻结锥体而局部厚度增大,盆底水平冻结板厚度仅向盆内单向发展。

20m^2蒸发池水体冻结特征分析

对4年20m2蒸发池无积雪覆盖条件下的冰期试验资料分析表明:日平均气温稳定低于-2.8℃是冰期稳定冻结的开始,冰期冻结厚度与-2.8℃的积温有密切的关系。冰体年最大冻结厚度与积温、冻结历时天数呈线性关系;冻结厚度与负积温有相关性很好的“s”形曲线关系。