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...

冻土帷幕平均温度,直接反映冻土帷幕强度等指标。巴霍尔金单排管冻结温度场公式很好地吻合了交圈之后的冻土帷幕温度场。基于该解析解导出的冻土帷幕平均温度计算方法有巴霍尔金等效三角形法及其修正方法(等效梯形法和等效三角形法),这些方法都是用某一固定横截面上的平均温度等效整体冻土帷幕平均温度,在一定程度上忽略了不同工况下各参数的差异,存在一定误差。文中通过对单排管冻土帷幕平均温度积分公式进行数学理论分析,采用非固定等效截面的平均温度等效整体冻土帷幕平均温度,得出了适应冻土帷幕各种可能的参数变化并误差更小的平均温度计算方法。

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。

根据青藏高原多年观测资料,运用ANSYS有限元计算软件对多年冻土区铁路路堤的合理高度进行研究。结果表明:路堤临界高度与多年冻土区大气年平均温度有密切的关系,随着大气年平均温度的升高,路堤的下临界高度逐渐增大,而上临界高度逐渐减小;路堤的上临界高度恰好等于下临界高度时的临界大气年平均温度为-3.43℃,高于此温度时,多年冻土区铁路的路堤不存在临界高度;当大气年平均温度分别为-3,-4,-5和-6℃时,对应的路堤下临界高度分别为5.88,3.83,3.12和2.60 m,而路堤上临界高度分别为4.59,5.20,6.29和6.97m;计算值与实测值基本吻合,验证了采用有限元计算方法是合理的,计算结果能够反映实际情况。

在冻土帷幕平均温度计算中,控制参数的变化直接影响到计算结果。以单排管冻土帷幕温度场的巴霍尔金解析解为基础,使用近似积分和有限元模拟方法计算直线形单排管冻土帷幕的整体平均温度。针对基于巴霍尔金模型的平均温度计算公式中的冻结管外表面温度、冻结管间距及冻土帷幕边界到冻结管中心的距离与冻结管间距的比值3个参数对冻土帷幕整体平均温度影响的敏感性进行分析。得到以下结论:(1)冻土帷幕整体平均温度与冻结管外表面温度成正比;(2)在相同的偏差下,冻结管间距越小,对整体平均温度影响越大;(3)随着冻结发展,冻土帷幕厚度逐渐增大,其误差对整体平均温度计算的影响逐渐降低。

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。

冻土帷幕平均温度是人工地层冻结工程设计、施工和安全管理的重要参数.为了确定单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.以单排管冻土帷幕温度场的巴霍尔金解析解为基础,建立了直线形单排管冻土帷幕的平均温度的两种计算模型——等效梯形法和等效三角形法模型,该模型以冻土帷幕某一横截面厚度上的等效梯形法或等效三角形法计算的平均温度来等效整体冻土帷幕的平均温度.在实际工程中可能出现的冻结管平面布置参数变化范围中,全面考察了冻土帷幕平均温度等效梯形法和等效三角形法计算结果与依据巴霍尔金解析解数值积分计算结果的误差.结果表明,等效梯形法和等效三角形法计算的冻土帷幕平均温度误差很小,优于流行的计算方法.

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。