人工凍結(jié)黏土導(dǎo)熱系數(shù)試驗(yàn)研究及多圈管溫度場(chǎng)形成規(guī)律.pdf

1、本文首先對(duì)人工凍結(jié)法、凍結(jié)溫度場(chǎng)、凍土導(dǎo)熱系數(shù)及其反分析相關(guān)理論基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)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(duì)此礦井凍結(jié)溫度場(chǎng)進(jìn)行了實(shí)測(cè)研究，同時(shí)對(duì)兩個(gè)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(jìn)行了試驗(yàn)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(duì)凍結(jié)溫度場(chǎng)的分布進(jìn)行了模擬和分析，最后對(duì)凍結(jié)壁的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行預(yù)測(cè)并提出一些凍結(jié)建議。凍結(jié)溫度場(chǎng)實(shí)測(cè)研

2、究中設(shè)置了三個(gè)測(cè)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(duì)200天內(nèi)的凍結(jié)溫度場(chǎng)變化情況進(jìn)行了實(shí)測(cè)，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(shí)測(cè)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(shí)測(cè)溫度場(chǎng)與測(cè)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(duì)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(yàn)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(duì)各種因素與凍土導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系進(jìn)行了試驗(yàn)分析，得到含水率及干密度因素影響最為顯著，四個(gè)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(zhǎng)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(yàn)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(chǎng)模擬值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示兩個(gè)層位三個(gè)測(cè)溫孔模擬與實(shí)測(cè)差值基本維持在2℃以內(nèi)，表明試驗(yàn)和反分析的合理及可靠性;最后本文利用ANSYS軟件對(duì)88m層位的溫度場(chǎng)、凍結(jié)壁厚度及平均溫度進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)，并調(diào)取了溫度場(chǎng)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(jìn)施工的高效性和安全性。
　　本文采用的是理論、實(shí)測(cè)、試驗(yàn)及模