外壁恒温条件下单排冻结管温度场数值模拟研究

在岩土工程领域，冻结法是一种重要的岩土加固技术，它通过人工制冷设备，使得岩土体温度降低至冻结点以下，从而达到加固的目的。外壁恒温条件下单排冻结管温度场数值模拟研究，是由胡斌、李宁等人进行的一项研究工作，该研究采用数值计算方法分析了单排冻结管在冻土壁温度场的分布规律，为冻土壁设计和冻结施工提供了理论参考值。 冻结法作为岩土加固技术的背景介绍是必要的。这项技术起源于自然界中天然冻结的现象，已有超过一百年的历史。近年来，随着应用的不断扩大，特别是在矿山、地铁、基础工程等领域的应用，冻结法已经成为一些工程项目的唯一可行方法。人工地层冻结技术的关键在于温度场的求解，它涉及到相变、移动边界、内热源以及复杂的边界条件。在实际工程中，多根冻结管的使用是形成冻土墙的主要方式，这些冻结管会受到众多因素的影响，如岩土体的导热系数、比热和含水量、岩土体的结冰温度和原始温度、盐水温度、冻结管的外直径和间距、冻结时间等。因此，研究单排冻结管的温度场，可以为理解更复杂的多排冻结管温度场提供基础数据。 在本研究中，单排冻结管的温度场被简化为一个平面导热问题。通过建立导热方程，并考虑冻结前岩土的初始温度、无限远处温度场不受冻结影响的条件、冻结锋面上的冻结温度以及冻结管外表面上的热流密度，来研究温度场的分布规律。数学模型中，利用了热传导方程、热平衡方程、无量纲化方法，以及冻结管与岩土体界面的热流密度等概念，构建了研究模型的数学描述。 在具体的研究方法上，研究者通过无量纲化方程，并将空间轴对称模型划分为PLANE**单元进行有限元计算。计算参数的取值是根据土和冻土的热物理性质来确定的。无量纲准则方程的建立，是将温度、冻土平均温度、冻土厚度和热流密度联系起来的重要步骤。这些准则方程将有助于理解不同因素如何影响冻土壁的形成，为工程设计提供依据。 最终，通过数值计算结果的分析，可以得到温度沿界面的分布规律，这对于预测和控制冻结过程具有重要意义。研究结果能够指导工程实践中冻结管的布置，以达到预期的冻结效果，同时也为岩土工程的理论研究提供了新的数值模拟方法和思路。 外壁恒温条件下单排冻结管温度场的数值模拟研究，不仅需要掌握岩土物理学和热传导理论知识，还要能够应用数值分析和有限元计算技术，以解决实际工程问题。这项研究将冻土温度场分析的理论与实际相结合，对于推动冻结法在岩土工程中的应用具有重要的实际意义和科学价值。