提出将冻土帷幕演变过程的关键阶段细分，并计算冻土帷幕温度场冻结锋面和特征等温线坐标的冻土帷幕整体性状确定性分析方法，对冻结帷幕薄弱部位、特征及成因进行了研究。结果表明：联络通道冻结管单侧开孔和放射状布置形式，使得冻土帷幕局部区域的冻结壁厚度和平均温度存在薄弱点；辅助冻结侧的冻结壁厚度大于其设计值，平均温度较低，而主冻结侧的冻结壁厚度小于其设计值，平均温度较高；联络通道泵站下部冻结管相交区域冻结壁形成最晚，第II冻结壁厚度最薄；联络通道拱部与边墙的角部连接区域冻结壁交圈时间最长，辅助冻结侧边墙冻结管间距较大区域的冻土帷幕厚度最薄。冻结法施工时，测温孔位置和长度的设计应覆盖薄弱点，施工中应对薄弱点进行重点监控。

在人工地层冻结工程中,平均温度是评价冻土帷幕状态,进行冻土帷幕力学性能分析的基本参数,本文研究单排管冻结形成的冻土帷幕的平均温度计算。基于单排管冻结稳态温度场解析解,直接对温度场表达式进行积分运算,运用分部积分法和积分中值定理,得到了单排管冻结平均温度计算公式,根据工程中的实际参数取值进行了公式的简化。考虑到温度场解析解在冻结管区域的不适用,采用相同的积分策略求解冻结管区域对平均温度计算的影响,进行了平均温度计算公式的修正。使用A NSYS进行了单排管冻结的热学稳态数值模拟与平均温度计算公式的结果进行比对,考察管间距l=0. 4,0.6,0.8,1.0,1.2,1.4 m,相对厚度ξ/l=0. 5,0.6,0. 7,0. 8,1.0,1.5共6种冻结发展状态,根据试验报告进行土质参数取值,冻结参数为工程中常用取值。对比计算结果显示,公式计算与数值计算的结果较为吻合。当相对厚度大于0.5时,随着冻土厚度的发展(相对厚度的增大),理论计算结果与数值计算结果的差值迅速减小到0.5以内,当相对厚度大于0.6时,差值小于0.2℃当相对厚度为1及以上时,差值小于0.1℃。通过数值模拟验证了平均温度...

考虑到"成冰"公式过于保守以及平均温度理论解的计算公式较为复杂的特点,根据排管布置下冻土帷幕温度场平均温度等效截面法解的形式,利用数值拟合的方法得到了适用于单排、双排以及3排布管形式下冻土帷幕平均温度通用经验公式。在实际工程中常见的冻结管平面布置参数变化范围内,对该通用公式计算结果相对于依据解析解数值积分计算结果的误差进行的全面的分析。结果表明,该通用公式计算结果与精确解的绝对误差能够控制在±1℃以内,相比于"成冰"公式得到了明显的改善。同时,简便统一的计算形式更便于工程实际应用。

以基于巴霍尔金温度场理论的冻土帷幕平均温度计算方法为基础,考虑了冻结管间距和冻土半径,得到了平均温度简化公式。同时,用Matlab软件拟合简化公式,得到了简化公式的两个参数。结果表明,采用简化公式计算的平均温度比较接近精确值。

为了确定多排管冻土帷幕的平均温度,进而确定冻土的力学参数和冻土帷幕的承载能力,为冻土帷幕的安全状态作出评价,介绍了基于巴霍尔金解析解的双排管冻土帷幕平均温度模型,并对该方法进行了适当的简化.以此为基础,采用拼接计算的方法,推导得出在多排管冻结下计算直线形冻土帷幕平均温度的一种等效梯形方法.

通过数值模拟方法分别研究三、四排管直线冻土帷幕平均温度与冻土帷幕厚度、管排间距、冻结管排列形式以及冻结管排数之间的关系。并且通过分析多排管直线冻土帷幕温度场特征,运用温度场拼接和等效方法提出了一种多排管直线冻土帷幕平均温度的计算方法。通过公式计算结果与数值模拟结果的比较发现,该计算方法具有较好的适用性和较高的准确性。

"成冰"公式广泛应用于人工地层冻结法的冻土帷幕平均温度的计算,为了确定"成冰"公式的适应性,本文以基于巴霍尔金温度场理论的冻土帷幕平均温度计算方法为基础,考虑了影响人工冻土冻结温度的定量、定性因素,运用数学理论,分析了"成冰"公式在人工地层冻结中计算平均温度的适应性。结果表明,"成冰"公式不适合用于冻土帷幕平均温度的计算。