大流速滲透地層三管凍結(jié)穩(wěn)態(tài)溫度場解析解.docx

1、工程中大量應(yīng)用，也被廣泛應(yīng)用于盾構(gòu)進(jìn)出豎JWffill睇V：中大W基II皮蝦鼬R正程施1E枸巡曲施直g帶S勰凍世帷幕的厚度和垢陛勝質(zhì)等在施工過程中，掌握凍土帷幕的厚度和力學(xué)性質(zhì)等參數(shù)期者E項(xiàng)日作響金稿一備一信,榮傳新（1968-）,男.漢族.安激六安人.博士，教授.博士研究生導(dǎo)師。研究方向：巖土工程與結(jié)構(gòu)工程。E-mail：chxrongauS0投稿網(wǎng)址:www.stee.coin,cn回;登回郭桐網(wǎng)1鞠IS媒仆萊借新E王骸，笄-妹漩速潮8地層春簟凍結(jié)穩(wěn)秘溫鹿物解析解&Jfh棉娜璘術(shù)椅工程。.砌2齡（2$）5皿瀏16195197柚雌靳網(wǎng)卜.蜜旭£福仙少丫'時留皆內(nèi)舟.

2、；山&腫入郵IW州湖Ml沖WFrRiwS解iflg航ft般心岫J.油¥1?時用雄M仙回*0*3油沖冬兇早岑.域"貧用0刪1giWi制*LrSpcn/rBWq煤tt'WWo片傭I蹄R松er?希晰（弱字！年1591切1519夫?yàn)┙B邕髭矗嘉爵翳瘤兜1菌要采用"分段等效”的方法對水熱耦合作用下三管凍結(jié)穩(wěn)態(tài)溫度場的凍結(jié)鋒啊進(jìn)行簡化通過定義"調(diào)節(jié)系數(shù)利用勢瑕要彥挫'峰趨曾僚詹鞭蕩梆魅作居時獨(dú)蛔曜螳徊磐定義“調(diào)蛔堿皆維巢襲舶繇膈善褚糖搦備簸編品駕念宓祗釐甬備酬暑螂驗(yàn)睇料也融器峻溢薄動厥越是表明郵析解計(jì)澎挪布試我淋果柘制蹇無滲吾商菱瞄蜥僧峰6史

3、制函點(diǎn)繇鬧蹄贏掖曲珈淬癖曲蜥推范崎；商蛔伊履免IS基麴等忡由岫苛澳團(tuán)修A液撮K腕I上潮融線箜的物溜蜥輯砧誕加歹游區(qū)域的擴(kuò)展范啪誠q降礎(chǔ)眄擴(kuò)展I徂醐為.柘瓦說B虜蛔場的禳建對豆渤靖穩(wěn)態(tài)艘度場分棉規(guī)律骸犬媯共冬速滲透地層內(nèi)世瘀g計(jì)握供參躇02、-9.10龍，說明滲流場的存在對三管凍結(jié)穩(wěn)態(tài)溫度場分布規(guī)律影響較大為大流速滲逸地關(guān)鍵詞凍大設(shè)速提供參度水熱耦合；三管凍結(jié)；溫度場；解析解雌盛分類號而瀝&展：水熱耦紋獻(xiàn)棕志碼A溫度場；解祈解中圖法分類號TD265.3；文獻(xiàn)標(biāo)志碼AAnalyticalSolutionofThree-pipeFreezingSteady-stateTemperatureF

4、ieldinAnalyticalSol就儡&；應(yīng)h跳即賺照蹄血»豳由就翩d1袖呻"ureFieldinZHAN。咖&混飆§陶聰樣孑彌禰愿貴殳將做回一域嗾&GFenZH-*?）UixiSlH%fbQljr£ONGn如lllAaJhn&kMucc,40iiA）NrGccHHiyp<RmicXdJnTccIiMXj曲疑*福）1血00布A1NG）I43110.（SchoolofCivijEngineeringandAichnecltue.Anhui.InnewiAotScienceandTechi>obg-Huaipa

5、n?32OQ1,Ghana）olAbstractJTheseamcntcicqaivalcnrmethodwasusedtosimpIiR）thefreezingfrontofthethrcc-pipcfreezingsteady-statetempera-lu域網(wǎng)dndeb訴m如衲梆n呻何hpKp如點(diǎn)洞頃W&H的網(wǎng)標(biāo)網(wǎng)理l脾用麗割k巾伸叫y曲叫I部叫礎(chǔ)砰點(diǎn)財(cái)眼愉應(yīng)冷如削鳴冊粘-閉小槌丹小湘辟昭】宙那朝ilgR叫郴"履映R牌帝弗也叫網(wǎng)洲部g>qWWni而即1枷*M抻血§。隔晰rPiiPH山鄧海血0瞧跳旗忡壯灑,H帕陰沖仙§神如用誥即1回陽制洲'

6、;腫枷購叫招怖牌閣皿審陰測由沖？0h腫瀏卬注料山植嶺"林山冷轂曲邸吐源對】如閣I沏浦t"辯網(wǎng)袖洲他w&n】刖川神i<由湖&心種斗）師時的咖sF灑樨sRq制應(yīng)蚓臉激。犧希們帕q仙汽”浦>怵依卻間的腐腳?nrfiqWJgfbfrnWft卸1】峽物陽F甬眼|如中向由護(hù)叫機(jī)站岫/1沌|“除倒購W幅他N烏麗向）*。!/*,帛四（0曲御州袖幅卜品&用&1】隔感日岫尸舶腿>4偏口州閘勺j帕腳弗理而ftpz用hiHw部甲甲銅朋勺航皿*如麗向吟仙斕n由fil礎(chǔ)a儷Rq】r和味有曲如州隔e衣p跳）ng廂湎留印】袒諾仙A都P稅冷網(wǎng)$倒盼】9f&#

7、39;rtWI響）網(wǎng)常*&郵林1敝。神H1R神砂洲ic叭洲岫PtR岸0懦正q祖澳禰皿昨I蝙爬構(gòu)1源9射德I如相由；eH附曲拼襯跖政叫好唁甲噌、酒浦1瞄呼斕麗p再陶,d州廂神;昭而島根壽如hn?m,l胡Qmh'c南商甲汕履M°代rRE湘"|（阡點(diǎn)1血曲山2&備理九調(diào)“,熱血.“pf捋州品沔擊血由制RV嫌甫上由間成仙恣4閣*c_壁單寸輪agr%頃p略補(bǔ)旭頃閂很電i洛ulNji9投括,s心曲盼咤加（:國坍如甬引qy腫曲任Bpipe海臆袖，驚hi質(zhì)叫堆沖都耕部睛C棉9鏟腆q任許即iW麗汩oq柑閣呻熊印ngRWsh薩牌涔卅斕湖明飾沖華啊ofthethree-p

8、ip<freezing,whichp>iKq!»'kwordffieihigH«Hpd©ddcenagaiiiUrilUioiailiiidergmgiid|hytfiroihtpnjwiUoupilRgislhrccpipesfreezeNniperatuofieldanalyti-c瞰伊W«shigh-speedseepageslndaofundergroundwater；hydrolhennalcoupling；threepipesfreeze；leinperatiirefield；analyticalsolution人工地層凍

9、結(jié)技術(shù)（簡稱"凍結(jié)法”），由于其形成的天土地層凍涌蝌聊稱“凍誦!膠高弟左溟難腐慚東T神麻肋裾姍5方淹痂隔使病力學(xué)強(qiáng)度，作為-種臨時地層加固方法，不僅在傳統(tǒng)的礦山2（120-02-22:一訂日期:2020-04-14嬲崟纓學(xué)基童擁翦踽）站塘'與需5君再&4中士研究生"研究方向巖土工程。E-mail564230778,云蛾簌勝格博勰臘褓咿褓i陶肅器(1)(2)(3)(4)(5)是非常審要的，而這些參數(shù)均依賴于凍結(jié)溫度場的分布。因此，溫度場理論是凍結(jié)法理論的基礎(chǔ)，并且具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用的價(jià)值或。當(dāng)前溫度場理論研究主要包括瞬態(tài)溫度場以及穩(wěn)態(tài)溫度場，人工地層凍結(jié)

10、是一個隨著時間變化的過程，對于瞬態(tài)溫度場的數(shù)學(xué)描述相對困難，所以多管凍結(jié)瞬態(tài)溫度場解析解難以獲得。由于人工地層凍結(jié)工程中的熱傳導(dǎo)比較緩慢，凍土帷幕的厚度后期發(fā)展的速率較慢，基本處于熱量動態(tài)平穩(wěn)狀態(tài)，所以其溫度場與穩(wěn)態(tài)溫度場非常接近。此外，穩(wěn)態(tài)溫度場相對簡單并且能夠滿足工程上的工作精度要求，因此當(dāng)前溫度場理論分析大多是研究其穩(wěn)態(tài)溫度場分布規(guī)律。目前,有關(guān)穩(wěn)態(tài)溫度場的解析解資料顯示，蘇聯(lián)學(xué)者TpynaK6提出了單管凍結(jié)溫度場公式，日本學(xué)者月部帽等提出兩管至五管直線排列凍結(jié)溫度場公式，蘇聯(lián)學(xué)者BaxonaHHs和美國的Sanger9分別研究出了單排管凍結(jié)溫度場公式及雙排凍結(jié)溫度場公式，中國的胡向東等

11、回完成r絕熱邊界附近單管和雙管、任意排列的三管和四管、凍結(jié)管溫度不等時的雙管同、單排管"和凍結(jié)管溫度相等時的三排管解析解的推導(dǎo)。中外學(xué)者對這些溫度場理論的準(zhǔn)確性和適用性做r一些研究，并對部分理論模型進(jìn)行了修改和完善，取得r一些重要的成果"網(wǎng)。在穩(wěn)態(tài)溫度場研究方面，巴霍爾金解與實(shí)際工況的溫度場吻合度較高，應(yīng)用范圍較廣，因此大部分的研究都是建立在巴霍爾金解的基礎(chǔ)之上的，但是針對水熱朋合作用下凍結(jié)溫度場的計(jì)算，巴霍爾金解并不能考慮滲流場對溫度場的影響。因此，本文首先基于勢函數(shù)登加原理推導(dǎo)了水熱耦合作用下三管凍結(jié)穩(wěn)態(tài)溫度場解析解，結(jié)合三管凍結(jié)大型物理模型試驗(yàn)，將解析解ii算結(jié)果與試

12、驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。同時基于解析解研究了滲流場作用下三管凍結(jié)溫度場沿不同軸線的分布規(guī)律，得出r凍結(jié)溫度場在上游/兩側(cè)/下游軸線上的平均溫度，本文計(jì)算方法可為水熱耦合作用卜,三管凍結(jié)溫度場計(jì)算提供理論依據(jù)。1三管凍結(jié)溫度場解析解1.1基本假設(shè)(1) 滲流場中水的溫度、流速及方向保持不變。(2) 多孔介質(zhì)是均勻的(粒徑、孔隙率、導(dǎo)熱系數(shù)在各個位置都是相等的)。(3) 凍結(jié)管管壁的溫度是恒定的。(4) 進(jìn)入穩(wěn)定凍結(jié)階段之后，凍結(jié)溫度場成為穩(wěn)態(tài)溫度場。1.2理論基礎(chǔ)三種傳熱方式為導(dǎo)熱、對流及輻射。而在人工地層凍結(jié)工程中，對流和輻射兒乎不會影響溫度場的分布，因此本文中將其忽略。根據(jù)傅里葉定律,在單位時間內(nèi)，

13、通過長度為&的無窮小層的熱通量與無窮小層的溫度速率和面積成正比，可以寫成¥dx式(1)中：q是單位時間內(nèi)的熱通量；k是土體的熱傳導(dǎo)系數(shù)；T是土體溫度。引入潛熱參數(shù),中=kT,將其代入式(1),有：q=-亞7dx根據(jù)傅里葉定律和熱力學(xué)第一定律，平面的熱傳導(dǎo)控制方程也可以描述為叢+也_0+pc更=0dxdyY1泓式(3)中：qt和q,分別為沿著x軸和y軸的單位時間的熱通量；Q是單位時間和單位體積內(nèi)系統(tǒng)和環(huán)境之間交換的熱量；p是土體密度；c是土體的比熱。在本文中，土體是被視為各向同性，并旦計(jì)算區(qū)域是無限的，因此系統(tǒng)和環(huán)境之間的熱交換被忽略,所以式(3)可以寫成梆+*二0dx2dy2

14、根據(jù)相似理論，凍結(jié)管可以看成-個存在凍結(jié)管中心的冷源，令為穩(wěn)態(tài)下單位時間內(nèi)冷源吸收的熱能，在平面內(nèi)，何個點(diǎn)的潛熱都會降低到,根據(jù)以上假設(shè)，也可以寫成：%萬式(5)中：為到冷源的距離；，表示溫度勢，則可表示為(P-£-lnr+C(6)2宣式(6)中：C為積分常數(shù)，該常數(shù)的大小跟邊界條件有關(guān)。根據(jù)潛熱疊加原理可以得到穩(wěn)定溫度場中任意點(diǎn)溫度勢的表達(dá)式為切蕓岫+蕓岫+蕓1嘰)+。(7)式(7)中：心為該點(diǎn)到第，個冷源的距離；知為第i個冷源的熱流。1.3解析解推導(dǎo)在滲流場作用下，水流通過對流傳熱作用，改變困地獨(dú)鋒面的形狀不再是搠形“草中側(cè)域的演結(jié)范圍明顯和母k7F游區(qū)域,整個凍結(jié)律面的膨I雌逝

15、扁橢I園K。為了砌蹴B淄婿翩i度Wj分布出中間凍結(jié)管的圓心為坐標(biāo)原點(diǎn).經(jīng)過原點(diǎn)且憐J于水流方向岫發(fā)為x軸，畫開水沂防向螂綁/卜轍構(gòu)建直角坐&癖如圖1廁汶由I而制占督的與滯以及下郵螂罅鐮酬照幅輛便黃葛章采監(jiān)分與盥I嗥ryg為分將。辨霍峋網(wǎng)凝皤膨獲分癖效為1。2扁橢圓?糠結(jié)施.置避號如圖U所示。W“d斜"有七=齡依二斜乳基二肆峨=舞村（務(wù)4翼m俱才蚓（10圓珈例&&角其帥角是邊界凍緒土佛的湖度朗嵌"由式（辦6武。4）可得：；&.絲|R2由nT/管3<Y"技一V»X1管2'ytH1!-，/二IV水流方向'寸

16、4醐初到赫粉翻矚4壽慰柄1（忙刑醐奧刷潴，制解3辟袒真8W赫篝蒂跟胤滿藺解滴磐多麗概Fig.1U,fsi'WWl-fieldFig.1Plotofsimplifiedtemperaturefield勰】（櫥？"挪帽腳警料=-斜薛成-ln（2</）tC_a&-2；f-+C0B=-jr-ln（2J）-號2"Ind-lnrn+C（11）該鼾禹'成聲況¥-曾斤映暮我U時法（I況可蒯孵:咒說_拜=方彩華一寄=方2括%我ST，苫式中：S&ln$2"七+2隊(duì)J'J頃二ln-|nfrT-,n|/#+m-In70Xn+2d2(

17、l111$2，1?(,()(20)(21)(21)河E土卜?/畢斜節(jié)，W&二蕓拍*就-敦*）二笑岫+c1(13)IindfInAn，:'、1EjW一I%(lnI?_，n辜川jj+'&+2£fa+2J.務(wù)g七-u/.2砰"客巨_丁UMyrKi.)、岫"有-hE有)s&D2=flM務(wù)3D?=nIn"In'-In卜+d宙薩%(In尹In'-In"。In'&&+d務(wù)+2d&+dD?=nIn"In'-In卜+d宙薩%(In尹In'-In&qu

18、ot;。In'&&+d務(wù)+2d&+dTn=Tn=TO=7；,且公=kT,可得:Ai+們+Cpn/£+(y+d)：q/£；+12+2+2|n/+n-InInL務(wù)+2d&+d/g；+.)對于沿X軸方向的溫度計(jì)算，將式(14)、式(19)式(21)代入式(8),假定實(shí)際凍結(jié)過程中的三根凍結(jié)管的溫度相等，即丁代=T1=To=T(,且6=kT,可得：I)/x24-(y-J)2Tf+XxTfI)(23)T+四7,*W0D庶+d：。&彳3+%+°3/?+d''言+聽+L+4+SnJL+D庶+/D&"

19、;3"每E"，>。I)式(22)中：二尚為受到凍結(jié)鋒面位置&影響/%ro務(wù)+2#的溫度調(diào)節(jié)系數(shù);其余參數(shù)分別為/&+必+C2/盤+y2bln7r+%+(2-)D(24)式中：插二之七氣為邊界IT到凍結(jié)管111之間區(qū)域的溫度調(diào)節(jié)系數(shù)；入2=C"，。為凍結(jié)管in到凍結(jié)管n之間區(qū)域的溫度調(diào)節(jié)系數(shù)?；谑?23)、式(24)可以計(jì)算兩軸線上的平均溫度。對于X軸,X>0段上的平均溫度可以表示為13"+們+G/x2+d1,n有虧+1+2+%7出+珞+c5b，n7T+x&+"+氣/(+療日1+83+C3/(y-d)：*nE

20、A,C,=Inln,''-In=ln；務(wù)+(IJ2.J&務(wù)zl2=In當(dāng)n,d-In,七小/，；務(wù)扈¥尹務(wù)+2dB2=In"in-f°-In鄉(xiāng)In鄉(xiāng)；務(wù)+2d&+2d虹&C2-In7In"-In-In"；'務(wù)唇奇卜+2d唇奇4Idjd1>o12d4,=InIn,_InIn；&+d廛務(wù)£R?=hi季In_<l-Inr°.In。"；務(wù)玲+"務(wù)+2d&+dC3=】7ln°cj-In"hi"£&am

21、p;+2d&+d/；+對于沿V軸方向的溫度計(jì)算，由于對稱性，取y>0區(qū)域，將式(14)、式(19)式(21)代入式(8),假定實(shí)際凍結(jié)過程中的三根凍結(jié)管的溫度相等，即In(25)留+才,X<0段上的平均溫度可以表示為為+必+。2|Z7出+仇+C3/>,nM+I，號*)+dx(26)y軸上的平均溫度可以表示為L&+d-3r0為+坊+。2/7,nT+DI+丐MJV4Kgf31他.d)?+In-+In：+0畝+3n寄云禳N政的殖肆參數(shù)T珈心Wwmdii映燧爭賺鞍仰冊-苔)WW55)、左feCTP±*3-2hy»FOrt>:傣緒詼3.321.

22、19x10-6土、車甦蛙2.251.8«x!0r6z米儲商2.251.88x10"6=豆簟曜僉、為了蹄水熱略色用下三簟海醺奄褫:場解析解御畬理性,，緋含二籥礴榴繳I理模型試系藐將解析解評募結(jié)原誨晦沼師撕蜘集。2模垂蹴設(shè)計(jì)二籬模型試腌系統(tǒng)如圖名扁辰螯令哨3展御蹣膜躊國海緒瞽廈測虐布S>WA肆0、如隊(duì)R、&77料嶂，陶艘分妙1導(dǎo)個醯剖煎精嗣）50叩陌奏?。﹤€曲嫩擷加9理性:熙模型試j楠型滲流具度試驗(yàn)秦統(tǒng)由如癩費(fèi)盹源略?。╓流場模擬秦饗數(shù)據(jù)采集秦確哄箱體前根就35魂海V只花猊）|婉切加箱體兩端各衰童8個規(guī)格為痢inmi次如柚1瞰，分別作力遂水管攜度為%、8影洲為刪澹

23、醐儡可岬O溶流以及出水管6箱體沿菁於度方冏被兩道1的眉鞫桐網(wǎng)分癖部分S伸申閭部分為主體褰瓣湛長度為2做）刷電該部分用來容納湘滿;布掩表砂9勺物理參數(shù)Table1I毒日ica維船席tiesand新Table1PlysicaLMrametersi|fthesan犢妾較為筋筒令宓，'醮登添繾鞭抨!策舶準(zhǔn)M后期相穗酗線之四瀕鄙澹"犢祝郵漱結(jié)同面源陸曲除段的曲瀕甲寫癱8婀萄宰減慢7豳胸幅線瞅忡斤的曲線幾乎與漓縷游間為1砸當(dāng)凍籍微炳治h融，煉'梅如無滲流場作楮I是，涕凍結(jié)溫度為1750min時，凍結(jié)溫度場進(jìn)入穩(wěn)定由Zi逾牌/d時又寸應(yīng)同一時刻,位于I軸線上僚置的測點(diǎn)的溫函隨時間觸

24、,位于在探線上期相幡的瞄廨醒巨廊倒鼬T延,嘛射面為期將鄰枸曲線恐間柚嘿港條溫摩鞭籬合司滿明席編破Q?聃宓屆，遍二條溫|編曹彝伯,表明在凍翹KOmin之后,溫度嫁鼠再發(fā)單翳化。！律，為了政向繪制各測點(diǎn)謁廢掐蹲場的影曲幽律，沿滲WBM®概毓/（垠奔理/）地加瞬度T子堵！溢還備IVI蜘？I（岫初?'）（炫安普）o茶2（9中爐詁）2161224801±0.10.332.28x10-2由圖*F倒2Sc滴驗(yàn)系統(tǒng)際卡囹pFig.2Schematicofthesetup11516科宇槌術(shù)與壬悝ScieuteTechnokandEngineering-10-15-20-251-500

25、-r-75044KWU)4-112RJ)T網(wǎng))31砌圖辛測庶分布圖F很禽3Tj做移hpp衲林i附刷bn一3°-300-200-I100200300-600-400-20002004001510151050-600-400-200P&ooooooooo500050002550750025507500u25711122223-三三壬士-30博1§滲解岐勒）0%諷醐、職瞄遍畛唏闋科窩3叩嘲網(wǎng)恰菸神llRRiB爐相從4醇決2at0=皿2政Fig.6TemperaturedistributionofBandDaxisat6ni/d瓣讖J在流至卜魂嚶地費(fèi)琴崢甘流傳熱作月布晶此席

26、;根據(jù)肘比.rangeofsleiTOv-stateTable3Coninarkonofexlejidedrangeofsteadyrstatetemperaturrlieluunderdillerentseepageconditionstemperaturefieldunderdifferentseepageconditions,/只SI/S2/$3/Ta"(med1)(*)收9漩迎.*雄m.p963000292.5266.4341.1-270050n12一.一pi-30-300-200-1000100200300400,VWmm(b)v=6m/d圖7X軸上點(diǎn)溫度分布圖模擬數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)

27、數(shù)據(jù)Fig.7啊n7penX雕點(diǎn)溫席命禰凰pointsFig.7TemperaturedistributionforX-points-800-600-400-2000200400600800FM/mm(b)v6m/d圖8,軸上點(diǎn)溫度分布圖Fig.8,圖麗crll翩JOidi溫成)制疝限poin()結(jié)前期下游區(qū)域的測點(diǎn)前柳桐衲障酬瑚防閘曲增加下福旅贛油Z階段；源結(jié)范151不再菱笙姿松袖滿段蝴櫥能漏度則眇:降偎:蹄"測主藩囹瓣洌瓣遍娜r宙靠祐4袖楠俾I整標(biāo)度匹福角界脾羸5瞄融ISW各標(biāo)筋履范磚1藤瞬做申圖5圖6及奉3可*口，穩(wěn)奄赤結(jié)溫度場的海結(jié)鋒岬客單涕羸噱蠕劇翩翻再冤鋒面向各個方匝融癩

28、圍&落化較為頑提，在痛楙版榆晴部繆鯽潮ti時他虻翩涂3朦8?！亢鷻鸦瘏n曲蹄展/d時.鼠通瀚廣展?jié)M筋府虐明顯變化再瀚1勺擴(kuò)展范圍為292-5mm,下游的嘉星建圍垢§41.1mig是：凍溫造成的蝴雌熱抻因是：洛流場作用下凍結(jié)溫的場的.融懋徐瞧傳導(dǎo)以翰撇傳熱迭到作用的結(jié)梆狀態(tài)急留東結(jié)'避率較卵房附作用達(dá)到平較奧隨嘴流速的t敞梳速率較小時，對流傳熱祚用較弱，隨成渺溫曾大，對湖4煎色游的披展斜分輟流將上溯喉溫傳，遞到下游，使下游的擴(kuò)展范3解柝解的嘟合出無流速3二0)由前速醐附的觥釉條蜘段鉗湖逾腆溫及有流速3=6站和韻廂很件下的X和丫軸線溫度分布圖曳n圖7柚耶漸示9和6m/d時

29、,模擬眉蜥陶nif或誦滿期合會.模痛零麋冷篋廄翩扇屈希畝鍬袖在無i蔑裱?閂重座凍湍瀟誦程埋辮瞰/瀚篋面，蠲本在減Y以時當(dāng)流速達(dá)副6盅涌時,凍備留面的費(fèi)矣減扉至0.5Y以弘國常近凍結(jié)管希曲的模成換磨4所增麻為2r。few閣8輛1瘢虐希逸流速下弟i擬成髀珍途顯晰的變溥渤基本能是單純的場的考慮1膨的件應(yīng)輛素的影晌世講驗(yàn)睡單純的場的，泠W-;效應(yīng)輯醐所牖源的所用程度的蜘、。實(shí)驗(yàn)操作以及周圍環(huán)境均會產(chǎn)生不同程度的影響。Fie.8TemperaturedistributionforY-points于前述"調(diào)節(jié)系數(shù)"的學(xué)表達(dá)式(22)。頃卻I入“畿迭形攜Hl勺數(shù)學(xué)f&押表S(22

30、)所式去的穩(wěn)從溫表達(dá)形式上可以看出，的已知巖絢物纓翁量溫度場繼試廉臉坤海的分布方式，將這些已知量及參數(shù)代入表達(dá)式中，便就可以得到軸上點(diǎn)的近似溫度，從而方便快速地繪制出各點(diǎn)的溫度。由式(25)式(27)可分別求得上游/兩側(cè)/下游三個軸線上的平均溫度，當(dāng)r=0時,三個軸線上平均溫度為-9.15、-7.76、-9.10Y；當(dāng)v=6m/d時,三個軸線上平均溫度為-9.71、-10.02、-9.10-,如表4所示。說明滲流場的存在使得溫度場的平均溫度降低，表4凍結(jié)溫度場不同軸線上的平均溫度Table4AveragetemperatureondifTerentaxesoffreezingtemperatu

31、refieldr/(md1)平均溫度/Y上游兩側(cè)下游0-9.15-7.76-9.106-9.71-10.02-9.104結(jié)論基于勢函數(shù)疊加理論，采用“分段等效”的方法對三管凍結(jié)溫度場的凍結(jié)鋒面進(jìn)行簡化，通過定義“調(diào)節(jié)系數(shù)”，推導(dǎo)了水熱耦合作用下三管凍結(jié)穩(wěn)態(tài)溫度場解析解。結(jié)合三管凍結(jié)大型物理模型試驗(yàn),將解析解計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，得出以下結(jié)論O(1) 模型試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)流速分別為o、6m/d時，三管凍結(jié)溫度場進(jìn)入穩(wěn)定凍結(jié)階段需要的時間分別為1750.2750min；滲流場的存在使得凍結(jié)鋒面向各個方向的擴(kuò)展范圍£具有明顯的差異。當(dāng)流速由0增加到6m/d時沽£、&

32、分別由300.8、264.8.300.0mm變化為292.5、266.4、341.1mm,上游區(qū)域凍結(jié)蜂面的擴(kuò)展范圍減小，下游區(qū)域范圍擴(kuò)大，兩側(cè)區(qū)域的擴(kuò)展范圍基本相等。(2) 解析解計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合，驗(yàn)證了解析解的合理性。在無流速狀態(tài)下，仙近凍結(jié)鋒面的位置存在較小的誤差，基本在2Y以內(nèi)，當(dāng)流速達(dá)到6m/d時，凍結(jié)鋒面的誤差減小至0.5T以內(nèi)，而靠近凍結(jié)管附近的模擬誤差有所增加，約為2丁。(3) 當(dāng)滲流速度由0增加至6ni/d時，上游、兩側(cè)、下游軸線上的平均溫度由-9.15、-7.76、-9.10Y降低為-9.71、-10.02、-9.10X.，說明滲流場的存在對三管凍結(jié)穩(wěn)態(tài)溫度場分布

33、規(guī)律影響較大，為大流速滲透地層人工凍結(jié)設(shè)計(jì)提供參考。參考文獻(xiàn)1 HuXI).ChenJ.GuoW.elal.Alarge-scalephysicalmodeltestonfrozenstatusinfreeze-sealingpiperoofmethodfortunnelconstructionJ.TunnellingandUndeioundSpaceTechnology,2018.72(2):55-63.2 HuXD.HanL.HanYG.Analyticalsolutiontolemjxraluredislri-butio!ioffrozensoilwallbypipedfreezingw

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