地鐵隧道水平凍結(jié)法施工凍結(jié)壁溫度場(chǎng)影響參數(shù)分析

1、第35卷第3期2009年6月蘭 州 理 工 大 學(xué) 學(xué) 報(bào)Jo ur nal of L anzho u U niv ersity of T echno lo gy Vo l. 35No. 3Jun. 2009文章編號(hào):1673 5196(2009 03 0121 06地鐵隧道水平凍結(jié)法施工凍結(jié)壁溫度場(chǎng)影響參數(shù)分析畢貴權(quán)1, 2, 程形燕1, 石 磊2, 馬希金1(1. 蘭州理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院, 甘肅蘭州 730050; 2. 中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所凍土工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 甘肅蘭州 730000摘要:以地鐵隧道水平凍結(jié)法施工中最常見(jiàn)的粉質(zhì)粘土為例, 應(yīng)用大型數(shù)值分析軟件A

2、N SY S 系統(tǒng)研究?jī)鼋Y(jié)管直徑、凍結(jié)管間距、鹽水溫度、土層含水量4大因素對(duì)凍結(jié)法施工中溫度場(chǎng)的影響, 提出各因素對(duì)凍結(jié)壁厚度和凍結(jié)時(shí)間的靈敏度公式; 在各影響因素下通過(guò)靈敏度對(duì)比分析, 得出各因素對(duì)凍結(jié)壁厚度靈敏度影響規(guī)律, 該影響規(guī)律由大到小依次為:鹽水溫度、凍結(jié)管間距、凍結(jié)管直徑、土層含水量.關(guān)鍵詞:凍結(jié)壁; 溫度場(chǎng); 凍結(jié)管直徑; 凍結(jié)管間距; 鹽水溫度; 土層含水量中圖分類(lèi)號(hào):T U 445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AAnalysis of influencing parameters of temperature field within freezingwall of subway tunn

3、el construction with horizontal ground freezingBI Gui quan1, 2, CH ENG Xing yan , SHI Lei , M A Xi jin121(1. College of En ergy and Pow er Engineering, Lanzh ou U niv. of T ech. , Lan zhou 730050, C hina; 2. S tate Key Lab oratory of Froz en S oil E ngineering, CARE ERI, CAS, Lanz hou Gansu 730000,

4、ChinaAbstract:Taking the mo st comm on silty clay used in subw ay tunnel construction w ith ho rizontal freezingmethod as an example, the effects of brine temper ature, diameter of fro zen pipes, interval of fr ozen pipes, and mo isture content o f soil layer on the temper ature field w ithin fro ze

5、n w all fo r the freeing construction w ere system atically investigated w ith larg e scale numerical softw ar e ANSYS. T he fo rmulas of sensitivity of every above mentioned factor to the thickness of the frozen w all and freezing tim e w ere presented. By analyzing and co ntrasting the sensitivity

6、 to every factor, the pattern of influence of ev ery facto r on the sen sitiv ity of frozen wall thickness r esult show ed that in decreasing o rder, the br ine temperature, interval of fro zen pipes, diam eter of fr ozen pipes, and mo isture content o f soil layer influenced the sensitivity.Key wor

7、ds:frozen w all; temperature field; diam eter of frozen pipes; interval of frozen pipes; brine temperature; moisture content of soil lay er地層人工凍結(jié)技術(shù)是利用人工制冷的方法, 降低土體的溫度使含水地層形成凍結(jié)體, 以達(dá)到維護(hù)開(kāi)挖面周?chē)馏w穩(wěn)定、抵抗周?chē)翂毫?、防止地下水侵入的目? 近年來(lái), 人工凍結(jié)技術(shù)被越來(lái)越多的應(yīng)用到復(fù)雜條件下的礦山、港口工程及水工工程中, 特別是沿海城市的地鐵隧道及其聯(lián)絡(luò)通道施工中. 地鐵隧道目前廣泛采用的水平凍結(jié)法施工形成的凍

8、結(jié)壁是抵御水土壓力的臨時(shí)地下結(jié)構(gòu)物1, 要確定收稿日期:2008 09 25基金項(xiàng)目:科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程重大項(xiàng)目(KZCX1 SW 04 :( , 男, , .凍結(jié)壁承載力并進(jìn)行凍結(jié)壁厚度和其它參數(shù)設(shè)計(jì),必須要對(duì)溫度場(chǎng)進(jìn)行分析. 凍結(jié)壁溫度場(chǎng)是一個(gè)相變、移動(dòng)邊界和有內(nèi)熱源、邊界條件復(fù)雜的不穩(wěn)定導(dǎo)熱問(wèn)題, 其求解極其困難, 至今還沒(méi)有完善的理論解. 通常采用的研究方法有半解析法、數(shù)值模擬法、物理模型試驗(yàn)法等. 由于物理模型試驗(yàn)法具有費(fèi)用高、耗時(shí)長(zhǎng)等缺點(diǎn), 因此, 采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值模擬具有非常好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和使用價(jià)值. 數(shù)值法則在近年來(lái)又有了新的進(jìn)展, 尤其表現(xiàn)在相變的處理技術(shù)上. 目前相變處理主

9、要有顯熱容法和焓法2, 國(guó)內(nèi)外許多的研究人員對(duì)該問(wèn)題采用數(shù)值方法進(jìn)行了研122 蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào) 第35卷究, 并取得了一定的成果. 徐士良介紹了利用AN SYS 有限元軟件對(duì)凍結(jié)壁溫度場(chǎng)分布進(jìn)行數(shù)值模擬的基本過(guò)程, 包括模型的建立, 問(wèn)題的求解及結(jié)果分析等3. 丁德文等, 任松保采用有限差分方法對(duì)人工凍結(jié)溫度場(chǎng)進(jìn)行分析4 5. 李磊等考慮了凍結(jié)管偏斜布置情況, 利用有限元方法對(duì)上海市復(fù)興東路隧道聯(lián)絡(luò)通道進(jìn)行了三維溫度場(chǎng)分析. 汪仁和等根據(jù)凍結(jié)壁溫度場(chǎng)物理模型試驗(yàn)的結(jié)果, 建立非線性多維導(dǎo)熱系數(shù)反分析的數(shù)學(xué)模型, 采用選擇法和有限元法, 反分析凍結(jié)壁整體導(dǎo)熱系數(shù). 汪東波通過(guò)模型試驗(yàn)及其有限元

10、方法, 對(duì)雙排管凍結(jié)溫度場(chǎng)分布規(guī)律進(jìn)行研究; 并通過(guò)近似方法推導(dǎo)出雙排管凍結(jié)壁內(nèi)外側(cè)厚度以及凍結(jié)壁交圈時(shí)間解析解. 曹榮斌建立雙排凍結(jié)管凍結(jié)條件下平面凍結(jié)壁溫度場(chǎng)與空間凍結(jié)壁溫度場(chǎng)數(shù)值模型, 利用ANSYS 有限元軟件數(shù)值模擬平面凍結(jié)壁溫度場(chǎng)的發(fā)展過(guò)程與分布規(guī)律, 以及空間狀態(tài)凍結(jié)壁溫度場(chǎng)分布規(guī)律. 目前尚未有人采用數(shù)值方法系統(tǒng)研究各人為可控制因素(鹽水溫度、凍結(jié)管直徑、凍結(jié)管間距 以及土層含水量對(duì)凍結(jié)壁溫度場(chǎng)的量化影響規(guī)律, 而這也這是工程設(shè)計(jì)人員所關(guān)心的問(wèn)題.針對(duì)各因素對(duì)凍結(jié)壁溫度場(chǎng)的影響進(jìn)行分析研究. 在所有的影響因素中, 鹽水溫度、凍結(jié)管直徑、凍結(jié)管間距和土層含水量是主要的影響因素,

11、它們的動(dòng)態(tài)變化直接影響著凍結(jié)壁溫度場(chǎng)的變化. 以地鐵水平凍結(jié)法施工中最常見(jiàn)的粉質(zhì)粘土為例, 應(yīng)用數(shù)值軟件ANSYS, 采用熱焓法考慮冰水相變作用, 針對(duì)凍結(jié)管直徑、凍結(jié)管間距、鹽水溫度、土層含水量4大因素對(duì)凍結(jié)壁溫度場(chǎng)的影響進(jìn)行系統(tǒng)研究, 提出各因素對(duì)凍結(jié)壁厚度和凍結(jié)時(shí)間的靈敏度公式, 并對(duì)各個(gè)因素影響下凍結(jié)壁厚度關(guān)于靈敏度進(jìn)行分析, 得出各因素對(duì)凍結(jié)壁溫度場(chǎng)的影響規(guī)律.98763 凍土的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容不隨著溫度變化. 1. 2 數(shù)值試驗(yàn)方案及邊界條件選用單向地鐵隧道為模擬對(duì)象, 隧道埋深在地面以下20m. 采用二維計(jì)算模型, x 方向取-30m 到30m; y 方向取-30m 到20m,

12、隧道軸心在原點(diǎn)處. 應(yīng)用大型計(jì)算軟件ANSYS 進(jìn)行數(shù)值試驗(yàn), 選取PLANE77高階單元. PLANE77是2維4節(jié)點(diǎn)熱單元PLAN E55的高階版本, 每個(gè)節(jié)點(diǎn)只有1個(gè)自由度 溫度, 該8節(jié)點(diǎn)單元具有一致的溫度形函數(shù), 可以較好地適應(yīng)具有曲線邊界的模型, 適用于2維穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)熱分析. 為了使計(jì)算有足夠的精度且節(jié)點(diǎn)盡量少, 劃分單元時(shí)以隧道軸線為坐標(biāo)原點(diǎn), 半徑為5m 的范圍內(nèi)均用三角形單元, 以外用四邊形單元. 模型兩側(cè)為絕熱邊界, 下邊界有地?zé)嶙饔? 熱流密度154J/(h m 2 , 上邊界與大氣相通, 大氣與地表的熱交換系數(shù)為18W/(m . 采用某地區(qū)的多年氣溫統(tǒng)計(jì)資料顯示的地溫變

13、化曲線:T =23. 5+7. 8sin t h +. 邊界條件及有限元網(wǎng)格劃分87602如圖1所示.102圖1 數(shù)值試驗(yàn)?zāi)Ｐ虵ig. 1 Model of numerical test1. 3 相變的模擬土壤凍結(jié)過(guò)程為相變導(dǎo)熱過(guò)程, 相變潛熱的釋放對(duì)凍結(jié)壁溫度場(chǎng)的發(fā)展有重要影響. 通過(guò)AN SYS 熱分析中的熱焓來(lái)考慮人工凍結(jié)過(guò)程中的冰水相變, 考慮到相變是在很短的時(shí)間內(nèi)放出或吸收大量的熱, 其計(jì)算如下.T 1=-30 H 1=0(1 T 2=-0. 5 H 2= C f T 2-T 1(2 T 3=0 H 3=H 2+Q (3 T 4=30 H 4=H 3+ C u T 4-T 3(4 其

14、中, T 為溫度, H 為熱焓, C u 、C f 分別為凍土和融土的比熱, Q 為相變熱.單位體積土中由于水的相態(tài)改變所放出和吸收的熱量, 單位J/m , 311d W -W u Q =L式中:L 為水的結(jié)晶或融化潛熱, L =334. 56kJ/kg;1 基于ANS YS 的數(shù)值分析對(duì)粉質(zhì)粘土隧道凍結(jié)法施工中凍結(jié)壁溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值試驗(yàn), 試驗(yàn)中各參數(shù)采取了工程經(jīng)驗(yàn)常用值; 在此種土質(zhì)下對(duì)凍結(jié)壁溫度場(chǎng)發(fā)展影響較大的凍結(jié)管直徑、凍結(jié)管間距、鹽水溫度、土層含水量4個(gè)因素進(jìn)行探討. 主要進(jìn)行試驗(yàn)前的基本假定、數(shù)值的模擬及邊界條件、參數(shù)的選取、相變的模擬. 1. 1 基本假定1 視未凍土體、凍土體為均

15、質(zhì)、各向同性材料, 沿凍結(jié)管水平方向無(wú)溫度梯度.2 僅考慮土體凍結(jié)過(guò)程中土骨架和介質(zhì)水的 .d 為土的干密度; W 為土中水總的質(zhì)量分?jǐn)?shù); W u 為第3期 畢貴權(quán)等:地鐵隧道水平凍結(jié)法施工凍結(jié)壁溫度場(chǎng)影響參數(shù)分析123凍土中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù).對(duì)粉質(zhì)粘土W u =K (T W p , W p 為塑限水的質(zhì)量分?jǐn)?shù), K (T 為溫度修正系數(shù)1. 4 數(shù)值試驗(yàn)參數(shù)粉質(zhì)粘土各參數(shù)如表112凍結(jié)壁交圈時(shí)間為10d 到16d 之間, 第160d 凍結(jié).壁的厚度最小為4. 9m , 最大為5. 73m. 隨著凍結(jié)時(shí)間的增長(zhǎng)同一時(shí)刻不同凍結(jié)管直徑下的凍結(jié)壁厚度的差值變大.圖3為不同凍結(jié)管直徑下凍結(jié)壁的凍結(jié)速率隨

16、凍結(jié)時(shí)間的變化圖. 各個(gè)因素下的凍結(jié)速率發(fā)展趨勢(shì)是一樣的, 均是隨著時(shí)間的增大而減小, 在凍結(jié)初期凍結(jié)速率很大, 最大為98mm /d, 最小為58mm/d, 到90d 后趨于平緩變化很小, 140d 后各直徑下的凍結(jié)速率隨著時(shí)間的增大有增大的趨勢(shì) .12, 13表1 粉質(zhì)粘土的熱學(xué)參數(shù)Tab. 1 Parameters of the calorifics of silty clay/(kg m -3 60090012001500w /%110703525C u /(kJ m -3 -1 3362. 33538. 02760. 12822. 9C f /(kJ m -3 -1 2070. 12

17、354. 52032. 52229. 0(J f /(J -1-1m s m s -1-1 -10. 630. 750. 861. 131. 321. 141. 451. 58u /-1注:C u 、C f 分別為融土和凍土的比熱容, u 、f 分別為融土和凍土的導(dǎo)熱系數(shù).2 數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果及分析粉質(zhì)粘土隧道凍結(jié)法施工中對(duì)凍結(jié)壁溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值試驗(yàn), 試驗(yàn)中各參數(shù)采取工程經(jīng)驗(yàn)常用值. 對(duì)此種土質(zhì)影響凍結(jié)壁溫度場(chǎng)發(fā)展較大的4大因素進(jìn)行探討. 分析各參數(shù)對(duì)凍結(jié)壁厚度和凍結(jié)速率的發(fā)展規(guī)律的影響, 以及靈敏度的分析. 2. 1 參數(shù)影響1 凍結(jié)管直徑的影響.取各個(gè)因素的工程經(jīng)驗(yàn)常用值, 當(dāng)其余參數(shù)保持不變

18、時(shí), 通過(guò)改變凍結(jié)管直徑數(shù)值來(lái)進(jìn)行數(shù)值試驗(yàn), 分別為6、8、10、12、14cm5種方案. 凍結(jié)管間距為0. 8m , 鹽水溫度為-26 , 水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%.因?yàn)閮鼋Y(jié)壁厚度和凍結(jié)速率均是時(shí)間的函數(shù), 所以對(duì)凍結(jié)160d 內(nèi)的凍結(jié)壁溫度場(chǎng)進(jìn)行分析. 圖2為不同凍結(jié)管直徑下凍結(jié)壁的厚度隨凍結(jié)時(shí)間的的變化圖. 隨著凍結(jié)時(shí)間的增加凍結(jié)壁的厚度均是基本呈線性增大, 同一時(shí)刻凍結(jié)管的直徑越大凍結(jié)壁越厚. 凍結(jié)壁的交圈厚度都在1m 左右 ,圖3 不同凍結(jié)管直徑下凍結(jié)壁的凍結(jié)速率隨凍結(jié)時(shí)間的變化Fig. 3 Variation of freezing rate of f rozen wall withf

19、reezing time in case of different diameters of the frozen piples2 凍結(jié)管間距的影響.取工程經(jīng)驗(yàn)常用值, 當(dāng)其余參數(shù)保持不變時(shí), 通過(guò)改變凍結(jié)管間距來(lái)進(jìn)行數(shù)值試驗(yàn), 參數(shù)為0. 6、0. 8、1. 0、1. 2m. 凍結(jié)管直徑為10cm, 鹽水溫度為-26 , 水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%.圖4為不同凍結(jié)管間距下凍結(jié)壁的厚度隨凍結(jié)時(shí)間的變化圖, 可見(jiàn)各條曲線隨著時(shí)間的增加逐漸增大, 凍結(jié)管間距越小同一時(shí)刻凍結(jié)壁就越厚, 交圈時(shí)間也越早, 交圈時(shí)間在20d 左右. 在160d 時(shí)間距為0. 6m 的凍結(jié)壁厚度最大為5. 8m, 間距為1.

20、2m 的凍結(jié)壁的厚度為4. 4m.圖5為不同間距下凍結(jié)壁的凍結(jié)速率隨凍結(jié)時(shí)間的變化圖, 可見(jiàn)間距越小凍結(jié)速率就越大, 凍結(jié)速率均隨著時(shí)間的增加遞減; 且起始的凍結(jié)速率降低的很快, 間距為0. 6m 時(shí)的交圈速率最大, 在16d 時(shí)為81. 5m m/d. 隨著時(shí)間的增加各凍結(jié)管間距下的凍結(jié)速率逐漸趨于平緩.3 鹽水溫度的影響.圖2 不同凍結(jié)管直徑下凍結(jié)壁厚度隨凍結(jié)時(shí)間的變化Fig. 2 V ariation of thickness of frozen wall with freezingtime in case of different diameters of the frozen pip

21、les取工程經(jīng)驗(yàn)常用值, 當(dāng)其余參數(shù)保持不變時(shí), 通過(guò)改變鹽水溫度的數(shù)值來(lái)進(jìn)行數(shù)值試驗(yàn), 分別為-14、-18、-22、-26、-30、-34 6種方案. 凍 124 蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào) 第35卷凍結(jié)時(shí)間的變化圖, 可見(jiàn)各個(gè)鹽水溫度下凍結(jié)速率均是先快速降低, 隨著時(shí)間增加降低速度慢慢變小,最終趨于穩(wěn)定. 鹽水溫度越低交圈凍結(jié)速率就越大, 達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的凍結(jié)速率也最大; 隨著凍結(jié)時(shí)間的增加各鹽水溫度下的凍結(jié)速率的差值逐漸減小.圖4 不同間距下凍結(jié)壁厚度隨凍結(jié)時(shí)間的變化Fig. 4 V ariation of thickness of frozen wall with freezingtime in

22、case of different interval of the frozen pi ples圖7 不同鹽水溫度下凍結(jié)壁的凍結(jié)速率隨凍結(jié)時(shí)間的變化Fig. 7 Variation of rate freezing of f rozen wall withfreezing time in case of diff erent brine tempera ture4 水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響.取工程經(jīng)驗(yàn)常用值, 當(dāng)其余參數(shù)保持不變時(shí), 通圖5 不同間距下凍結(jié)壁的凍結(jié)速率隨凍結(jié)時(shí)間的變化Fig. 5 Variation of freezing rate freeze of f rozen wallwit

23、h freezing time in case of diff erent interval of frozen piples過(guò)改變水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的數(shù)值來(lái)進(jìn)行數(shù)值試驗(yàn), 分別為25%、35%、70%、110%4種方案, 凍結(jié)管直徑為10cm, 凍結(jié)管間距為0. 8m, 鹽水溫度為-26 .圖8是不同水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下凍結(jié)壁的厚度隨凍結(jié)時(shí)間的變化圖, 可見(jiàn)水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大同一時(shí)刻凍結(jié)壁厚度就越小, 水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加相同的量時(shí)凍結(jié)壁厚度急劇減小. 以124d 為例, 水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從25%增加到35%、70%、110%時(shí)凍結(jié)壁厚度的減少量分別為0. 97、1. 56、0. 14m; 水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大, 同

24、一時(shí)刻凍結(jié)壁厚度的變化也就越小; 由圖知水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%時(shí)在140d 之前凍結(jié)壁厚度增加很快, 140d 之后凍結(jié)壁厚度發(fā)展很慢; 水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%、110%時(shí)凍結(jié)壁厚度基本呈線性發(fā)展.分?jǐn)?shù)為35%.圖6為不同鹽水溫度下凍結(jié)壁的厚度隨凍結(jié)時(shí)間的變化圖, 可見(jiàn)隨著時(shí)間的增加各個(gè)鹽水溫度下的凍結(jié)壁厚度是逐漸增大的, 剛交圈時(shí)凍結(jié)壁的厚度相差很小, 隨著時(shí)間的增加各鹽水溫度下的凍結(jié)壁的厚度差別越來(lái)越大; 鹽水溫度越低同一時(shí)刻的凍結(jié)壁厚度越大, 交圈時(shí)間越早; 同一時(shí)刻鹽水溫度每降低4 , 凍結(jié)壁的厚度增加的量值是不一樣的, 以88d 為例, 溫度每降低4 凍結(jié)壁厚度增加值分別為0. 37、0

25、. 42、0. 35、0. 22、0. 33 m.圖6 不同鹽水溫度下凍結(jié)壁的厚度隨凍結(jié)時(shí)間的變化Fig. 6 V ariation of thickness of frozen wall with freezingtime in case of dif ferent brine temperature 圖8 不同水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下凍結(jié)壁厚度隨凍結(jié)時(shí)間的變化Fig. 8 Variation of thickness of f rozen wall with freezingtime in case of different moisture content圖7為不同鹽水溫度下凍結(jié)壁的凍結(jié)速率隨圖9

26、是不同水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下凍結(jié)壁的凍結(jié)速第3期 畢貴權(quán)等:地鐵隧道水平凍結(jié)法施工凍結(jié)壁溫度場(chǎng)影響參數(shù)分析125率隨凍結(jié)時(shí)間的變化圖. 可見(jiàn)剛交圈時(shí)由于受交圈凍結(jié)速率的影響凍結(jié)速率都很大, 隨著時(shí)間的增加慢慢趨于平穩(wěn); 水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越小凍結(jié)速率越大, 水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%時(shí)凍結(jié)速率先減小后趨于穩(wěn)定, 在140d 后又繼續(xù)減少, 水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)35%時(shí)凍結(jié)速率先減少后趨于平穩(wěn), 而后有變大的趨勢(shì) .穩(wěn)定安全系數(shù)等 為關(guān)于參數(shù)的隱函數(shù), 無(wú)法直接由式(5 求得關(guān)于某一參數(shù)的顯式靈敏度函數(shù)S x i (X , 故通常用差分法作近似數(shù)值計(jì)算. 如欲求靈敏度S x i (X 0 , 則先對(duì)參數(shù)x 0i 作微小擾動(dòng)!

27、 x i , 然后按下式計(jì)算.1i i n S x i (X =i(6此靈敏度定義表征了由于計(jì)算參數(shù)的變化引起計(jì)算結(jié)果的變化大小. 考慮到各個(gè)影響因素的取值范圍和單位的不一致, 從而可能使得靈敏度無(wú)法比較大小, 所以這里試圖引入相對(duì)變化量的概念來(lái)消除這一影響. 因?yàn)? x i 與x i 變化域(x i -x i 的比值具有相同的物理含義, 所以重新將靈敏度定義為圖9 不同水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下凍結(jié)壁的凍結(jié)速率隨凍結(jié)時(shí)間的變化Fig. 9 Variation of freezing rate of frozen wall withf reezing time in case of dif ferent

28、moisture contentnS x i (X 0 =1i i n 0 i n i -x i 位變化引起計(jì)算結(jié)果的變化大小.2 靈敏度分析.由以上試驗(yàn)結(jié)果, 得出各影響因素下靈敏度大小分析如圖10.圖10顯示了凍結(jié)50d 時(shí)各參數(shù)對(duì)凍結(jié)壁厚度靈敏度示意圖, 可見(jiàn)凍結(jié)管直徑對(duì)凍結(jié)壁厚度的靈敏度為0. 350. 60; 凍結(jié)管間距對(duì)凍結(jié)壁厚度的靈(7它說(shuō)明了由于某一計(jì)算參數(shù)相對(duì)其變化域的單2. 2 靈敏度分析1 靈敏度定義.工程上常將函數(shù)F(X 關(guān)于分量x i 的一階偏導(dǎo)數(shù)稱(chēng)為函數(shù)F(X 關(guān)于x i 的靈敏度函數(shù), 記作14S x i (X =i(5實(shí)際工程中, 多數(shù)結(jié)構(gòu)狀態(tài)函數(shù)(如位移、內(nèi)力

29、、圖10 凍結(jié)50d 時(shí)各參數(shù)對(duì)凍結(jié)壁厚度靈敏度示意圖Fig. 10 Schematic diagram of sensitivity of every param eter to frozen wall thickness after 50day s freezing126 蘭 州 理 工 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) 2 3 第 35 卷 敏度的絕對(duì)值為 0. 72 0. 76; 鹽水溫度對(duì)凍結(jié)壁厚 度的靈敏度的絕對(duì)值為 0. 70 1. 70; 水的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 對(duì)凍結(jié)壁厚度的靈敏度的絕對(duì)值為 0. 15 2. 60. 所 以各因素對(duì)凍結(jié)壁厚度靈敏度的影響由大到小依次 為鹽水溫度、 凍結(jié)管間距、 凍結(jié)管直

30、徑、 土層含水量. 郭寬良, 孔祥謙, 陳善 年. 計(jì)算傳 熱學(xué) M . 合肥: 中 國(guó)科技 大 學(xué)出版社, 1988. 徐士良. A N SY S 在凍結(jié)壁溫度場(chǎng)分布分析中的運(yùn)用 J . 安 徽 建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào), 2005, 13( 2 : 34 36. 湯國(guó)璋, 王 星華. 溫度 場(chǎng)控 制在 多年 凍土 隧道 施工 中 的作 用 J . 巖土力學(xué), 2007, 28( 3 : 455 460. 丁德 文, 傅連 弟, 龐榮 慶. 凍結(jié) 壁 變化 的 數(shù)學(xué) 模 型及 其 計(jì) 算 J . 科學(xué)通報(bào). 1982, 27( 14 : 875 879. 任松保, 鄭正泉. 凍結(jié)過(guò)程中 相變界面移 動(dòng)及傳熱 的計(jì)算機(jī) 模 擬 J . 華中科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2003, 31( 2 : 61 63. 汪仁和, 徐士良. 凍結(jié)壁溫度 場(chǎng)模型試驗(yàn) 及其導(dǎo)熱 系數(shù)反分 析 J . 安徽理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2003, 23( 4 : 18 22. 汪東波.