突发定渗流影响下的冻土温度场演变与判别研究

"突发定渗流作用下冻土温度场演化规律及判别方法" 本文针对人工冻结法工程中的一种特殊现象——突发定渗流对冻土温度场的影响进行了深入研究。在传统的人工冻结法工程中，地下水与冻结温度场的相互作用通常被认为是恒定渗流状态，然而在实际工程中，突发的地下水流动可能会对冻结过程产生显著影响，但此类问题的研究相对较少。文章通过相似理论建立了一个模型试验系统，并进行单排管冻结模型试验，以探究这种突发定渗流条件下的温度场演化规律。 试验结果显示，当突发定渗流速度Vs接近恒定渗流的极限交圈流速Vc时，冻土的上、下游未冻区温度随时间呈现线性变化。如果Vs超过Vc，未冻区的温度变化则会呈二次函数型，且Vs值越大，这种变化趋势越明显。此外，随着Vs的增大，冻结壁的形态在试验末期将逐渐从偏心冻结壁转变为独立偏心冻土柱，这表明渗流速度对冻结壁的形成和稳定性有显著影响。 研究进一步指出，突发定渗流对温度场的作用可以分为两个方面：一是对未冻区的直接作用，二是对冻土区的间接作用。根据冻结壁形态和温度场分布特征，地层冻结过程可以分为四个阶段：持续扩展阶段，冻结壁逐渐向外扩展；减速扩展阶段，扩展速度减慢；发展抑制阶段，渗流对冻结过程产生抑制效果；全面损伤阶段，渗流导致冻结壁的全面损伤。 在渗流发生前，土体的温度梯度呈现三角函数分布。当突发定渗流发生后，上游温度梯度的峰值会迅速增加，并向冻土区移动，而下游温度梯度则趋向于平稳。这些发现对于在地层冻结过程的持续扩展和减速扩展阶段及时判断突发定渗流的发生至关重要，因为这有助于保障工程安全并减少冷量消耗。 文章基于这些研究结果，提出了一个突发定渗流的判别方法，这对于预测和控制人工冻结法工程中的地下水动态以及优化冻结工艺具有重要的实践指导意义。同时，该研究也对理解地下水与冻土相互作用的复杂性提供了新的理论依据，为类似工程的设计和施工提供了科学的决策支持。