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人工冻土强制解冻基本理论和技术研究

邱凡  
【摘要】:本文针对上海地铁四号线修复工程江中段冻土帷幕强制解冻实验,依据传热学理论,探讨了人工冻土强制解冻的特点,研究了强制解冻的基本理论,建立单根解冻管解冻模型,并进行了计算。 本文首先介绍了国内外强制解冻的施工工艺、研究现状及解冻的计算方法,介绍了采用人工冻结法施工后,进行强制解冻施工的基本原理和解冻循环系统的运作过程。 接着本文根据传热学理论,参考无限长线热汇冻结模型,经过假设,建立了单根解冻管解冻土体的近似模型,该模型把加热管供热过程看作持续无限长线热源解冻过程,按照这种假设,本文重新推导了计算解冻面位置的公式,以及相变前和相变后土体的温度场的计算方法。经过计算和分析,总结出强制解冻的规律,发现了强制解冻过程中的四个阶段:温度缓慢上升阶段,相变前温度显著升高阶段,相变影响阶段和相变后温度显著升高阶段,分析了控制强制解冻的影响因素等。 进行了上海轨道交通四号线隧道修复工程江中段冻土帷幕强制解冻现场实验,介绍了强制解冻实验的监测内容、目的和方法。通过实验数据分析,得出了解冻速度与时间的关系及某时刻某测点温度与解冻时间的关系,并与理论计算公式的结果进行比较,检验了模型计算的精确度。根据单管强制解冻规律,首次提出了最佳解冻半径和极限解冻半径的概念及其计算公式。 最后,提出关于多根解冻管同时解冻效果计算等亟待解决的问题,对将来的强制解冻的研究提出建议。


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