摘要：人工冻结法凭借其封水性好、适应范围广和对环境影响小等优势已得到广泛应用,但地下水渗流会严重影响冻结效果,且设计规范中尚未考虑渗流对人工冻结的影响。为研究渗流作用下地层人工冻结特性,基于自主研发的渗流地层双管冻结物理模型试验系统,对不同渗流速度和温度梯度下人工冻结过程开展室内模型试验研究。通过模型试验揭示进出口水温差、冷量交换率和温度场随地层初始温度、冷媒温度和渗流速度变化的发展规律,提出不同温度梯度和渗流速度下的交圈时间和临界渗流速度确定方法,确定3组试验的交圈临界渗流速度分别为16.81,10.22和13.33 m/d,剖析冻结壁形状、厚度和平均温度等特性随温度梯度、地下水渗流速度变化规律。研究成果可为渗流条件下人工冻结技术应用及设计提供参考。

摘要：由于渗流作用下的冻结壁发育规律不明等原因,部分冻结法施工工程依靠人工经验,缺乏科学的预测模型,与精准化设计和控制还有很长的距离。为探索渗流作用下冻结法施工中粗粒土层冻结壁的演化规律,本文首先建立冻结法施工数值模型,并通过室内模型试验反演验证所建立模型的有效性和适用性。之后,考虑渗流速度、冻结管间距、环境温度、含水率和导热系数等五个因素,开展冻结壁形成正交数值试验,确定冻结壁交圈时间和厚度的主控因素。最后,通过数值模拟研究主控因素作用下冻结壁的发育和演化规律。基于结果建立临界流速、冻结壁厚度、冻结壁交圈时间的预测模型,给出冻结法施工参数的选择方案。结果表明,建立的冻土水热相变耦合模型可有效模拟渗流条件下土体冻结过程,能够满足冻结壁发育过程计算分析的需要。基于正交数值试验结果发现,渗流速度对冻结壁厚度和交圈时间的贡献百分比分别为78%和52%,是影响冻结壁能否交圈和最终厚度的主控因素。当渗流速度超过一定阈值时,冻结壁无法交圈。本文将这一阈值定义为冻结法施工中的临界流速。当冻结壁能够交圈,其最终形成的冻结壁厚度也主要由渗流速度决定,二者呈负指数函数关系。冻结管间距对冻结壁最终厚度影响不大,但是对冻结壁交圈时间影响较大,它们之间存在负指数函数关系。本文给出了0~6 m·d^(-1)条件下的临界流速、冻结壁厚度、冻结壁交圈时间计算模型,它们可为粗粒土地层的冻结法施工参数选择和施工工艺设计提供理论指导。

摘要：采用室内模型试验,研究地下工程中水渗流对砾石地层人工冻结过程的影响,分析砾石地层的温度场分布特征及冻结壁的形成过程、交圈时间和厚度演化机制。结果表明:人工冻结管的冷量扩散与地下水渗流之间存在显著的耦合效应;无渗流时,人工冻结过程中砾石地层上下游温度场呈现对称分布特征,且冻土圆柱和冻结壁厚度均匀一致;地下水渗流导致砾石地层上下游温度场呈现显著的不对称性,且渗流速率越大,不对称性越明显;冻结壁交圈时间随地下水渗流速率的增加而近似线性增长,渗流速率达到5.00 m·d^(-1)时为无渗流时的3.2倍;由于地下水渗流的"冲蚀"作用,上游冻结壁厚度随渗流速度线性减小,下游冻结壁厚度则线性增大,冻结壁呈现"马鞍"形状。

摘要：近年来随着人工冻结法在含水土层开挖施工过程中的应用越来越多,对其温度场分布规律的研究有着重要的意义。为此,本文基于焓值理论,结合近年来发展的格子Boltzmann方法进行离散,通过C++程序语言建立相应的数值模型,并进行验证。最后以此为基础分别对单管冻结、双管冻结、多管冻结过程中不同工况下的温度场分布规律进行研究,结果表明:单管冻结过程的温度分布呈现以冻结管为圆心的同心圆分布规律,比较直观的符合热力学传导规律;双管冻结过程温度场的分布则不是简单的两者之间累加过程,而是呈现出复杂的椭圆分布规律,同时处于不同位置处的土体其温度随时间的演化规律也呈现出不同的变化趋势;多管冻结影响下,处于冻结管内侧位置处节点的温度随时间的变化呈现出明显的阶梯状和阶段性,可明显的看出其相变潜热对温度场演化的影响。此外其冻结帷幕的演化方向主首先是沿着冻结管布置方向延伸,而后向冻结管内侧延伸。

摘要：为了研究人工冻结过程中HDPE同轴管换热器的传热性能,在建立同轴管换热器物理模型的基础上,选择***传热模型对其进行数值分析,并利用ANSYS fluent模块进行人工冻土中温度场变化情况的数值模拟;同时利用自行设计的人工模拟土体冻结试验装置和HDPE同轴管换热器,对长春地区的原位取样黏土进行236 h的人工冻结试验,得到地下温度场的变化规律,与模拟数据进行分析比较,表明理论分析与实验结果吻合度较好。研究结果表明:人工冻结236 h后,土体以下5,30和55 cm深度处,冻结圈分别扩展到170,200和208 mm,HDPE同轴管换热器传热效率满足土体冻结要求,可以适用于人工冻结土体。

摘要：研究目的：南京地铁2号线上海路站一新街口站区间矿山法隧道在掘进过程中局部穿越强透水粉土粉砂地层，导致隧道内涌水涌砂，为了及时封闭渗流路径、同时将对周边环境的影响降到最低，需要采取一种安全、可靠、适用性强的技术措施。研究结论：通过技术、经济比选并利用大型有限元软件ADINA建立隧道涌水段冻结温度场及冻结加固后的隧道开挖力学数值模型，经计算分析后获得如下结论：（1）通过对涌水成因的分析及对止水方案的对比分析，并结合数值计算，验证了人工冻结技术在工程中的可行性；（2）在进行冻结管布置时，间距不宜大于120cm，以便保证冻土帷幕的有效性；（3）冻土帷幕厚度控制在1．6～2．0m是安全合理的；（4）冻结后隧道开挖应采取必要的临时支撑措施；（5）人工冻结法作为有效的止水及支护工法，在矿山法隧道穿越透水地层过程中具有广泛的应用前景。

摘要：基于人工地层冻结法在地铁工程中的应用,以粉质黏土为研究对象,通过冻土三轴剪切试验,研究了不同负温、围压和含水量条件下粉质黏土的力学性能。研究结果表明:含水量、温度和围压对冻结粉质黏土试样三轴剪切的破坏模式、强度增长趋势等应力应变关系特征影响显著。以塑限含水量为界,三轴剪切强度随温度降低、围压增大的变化趋势存在明显的差异性,温度和围压的作用因含水量的高低发生变化。在人工地层冻结过程中,应综合考虑地层埋深、含水量等因素,设定合理的冷冻温度和时间,以保证冻结壁达到设计强度。

摘要：运用相似理论设计了不同的渗流速度和冻结管间距下冻结物理模拟试验,研究不同试验条件下渗流方向温度分布规律、冻结过程中温度场分布特征及冻结壁厚度的变化。研究表明:无渗流时,主面及界面的上下游温度分布具有明显的对称性;而在渗流作用的影响下,上游温度明显高于下游,随着渗流速度增加及冻结管间距变大,这种不对称性也越明显,不对称性大大增加;冻结壁交圈时间随渗流速度的增加而增加,但渗流速度过大时冻结壁无法交圈;在渗流条件下,冻结间距增大会导致冻结壁厚度大幅度减小,交圈时间大大延长。

摘要：自冻结法凿井以来,冻结壁就是研究的核心问题之一。人工冻结法由于基本不受支护范围和支护深度的限制,能有效防止涌水以及城市挖掘、钻凿施工中相邻土体的变形而受到越来越多的重视,并将是完成地下工程的主要技术手段之一。

摘要：介绍了人工冻结法在玄武湖水下交通隧道中的应用方案以及冻结法的施工工艺。分析了采用人工冻结法的特点及优势。