竖向直排冻结壁温度分布规律与计算方法

"该研究主要探讨了在含水流砂地层中进行竖向直排冻结时，冻结壁的温度场分布规律。通过简化温度场的时空分布，利用单孔稳态导热方程和叠加原理，研究人员推导出了竖向直排三管冻结壁的温度分布计算公式，并将其应用到直排和多排冻结壁的温度场计算中。这一方法能计算出不同冻结锋面前后冻结壁内任意区域的温度以及冻结壁的平均温度，从而分析冻结壁的温度变化和强度状态。计算结果显示，主面温度与冻结管中心的距离大致呈线性关系，而轴面的温度场则呈现下凹形抛物线分布，最高点位于轴面与主面的交点。此外，计算还揭示了内部界面的土体强度较低且发展缓慢，这些区域可能是冻结壁发生软弱破坏的关键点。理论计算结果与实际现场测量数据相吻合，证明了该研究方法的有效性。" 这篇研究集中在地下工程中的一种常见技术——冻结法，特别是应用于斜井建设中的冻结壁温度场分布规律。冻结法是一种在地下水丰富、地层松散的情况下，通过冷冻周围土壤来形成临时支撑壁的方法。研究中提到的竖向直排冻结是指冻结管沿垂直方向排列，以形成连续的冻结壁。 研究人员首先考虑了含水流砂地层的特性，因为这种地层条件对冻结壁的形成和发展有着显著影响。他们通过数学建模，运用单孔稳态导热方程，这是一种描述热量传递的基本物理定律，来模拟冻结壁内的温度分布。叠加原理则用于处理复杂情况下的温度场，通过组合简单情况的解来得到整体解。 推导出的计算公式不仅适用于竖向直排三管冻结壁，还可以扩展到更复杂的直排和多排冻结壁的温度场分布。这些计算提供了对冻结壁内部温度的详细理解，对于评估冻结壁的稳定性至关重要。通过分析温度分布，可以预测哪些区域可能会出现强度下降，这对于预防冻结壁的潜在破坏非常重要。 计算结果指出，距离冻结管中心越远，主面的温度越低，形成了一种线性关系。而在轴面上，温度分布呈现出一个下凹的抛物线形状，最高点位于轴面与主面的交汇处。这个发现对于优化冻结设计和施工过程有直接指导意义，因为这些区域可能成为冷冻效果较差或土体稳定性差的点。 此外，研究表明，冻结壁内部界面的土体强度相对较低，且冻胀过程相对较慢，这些区域应当作为监控和加固的重点。现场实测数据与理论计算的吻合度较高，进一步验证了理论模型的可靠性。 这项研究深化了我们对斜井冻结壁温度场分布的理解，为地下工程中的冻结法施工提供了科学依据，有助于提高施工效率和安全性。同时，它也强调了理论研究与实际工程应用相结合的重要性，为未来类似工程问题的解决提供了参考。