直排管平面冻结温度场数值模拟研究开题报告

1. 研究目的与意义

在学习基于城市地铁人工冻结法在盾构隧道端头加固、联络通道地基加固工程中的相关案例，总结归纳人工冻结法的基本原理，运用人工冻结温度场计算方法合理分析并建立直排管计算模型，利用有限元软件计算排管冻结温度场，并进行敏感性因素分析，设计成果为同类工程提供参考依据。

2. 国内外研究现状分析

随着我国各大城市轨道交通建设的迅猛发展人工冻结法已经被广泛运用到地铁建设中，长期以来，众多业内学者及科研工作者进行了大量有关地铁暗挖隧道人工冻结温度场的实测及数值研究分析，这些工作对开展冻结土体加固施工有着重要的借鉴意义。

蔡海兵等以上海地铁1、3号线某区间联络通道冻结法施工为工程背景，综合考虑地层温度、地表对流等各类初始和边界条件以及土体的相变潜热过程，建立三维有限元数值计算模型，对该联络通道积极冻结期的地层三维冻结温度场分布规律进行系统分析，并与现场实测结果相比较，验证了有限元数值分析的可靠性；陆智辉等对湿热气候下浅覆土冻结温度场进行了现场实测及有限元反演分析发现: 模拟得到的整个截面上的温度场分布和实际的较接近。说明土体参数反分析时等效导热系数取值合理；王跃等通过对塔什店矿区一号矿井风井温控条件下冻结温度场理论图解和数值模拟，得到温控条件下冻结温度场演化规律；许佳佳场实测了西部某矿风井的冻结温度变化，结合一650 m层位砾岩热物理参数，采用ANSYS数值模拟软件分析冻结壁温度场发展规律，得到了冻结壁发展速率等关键技术参数，验证了实测规律。关于国内外冻结温度场的研究现状详见毕业设计第一章绪论。

3. 研究的基本内容与计划

本毕业论文在系统归纳总结冻结温度场研究现状基础上，结合具体工程的地质条件，开展以下主要涉及内容：1）阐述冻结温度场的理论、实测及数值计算法；2）在温度场理论分析和热传导理论的基础上，建立合理的直排管（5个冻结管）温度场数值计算模型；3）在数值计算模型的基础上，改变各种计算参数，分析冷源温度、冻结管直径、冻结管间距、土层热物理参数等因素对温度场的影响规律。

1-4周：文献综述、人工冻结法的基本理论、冻结温度场的原理及实测、数值模拟方法学习。

5-14周：在温度场理论分析和热传导理论的基础上，建立合理的直排管（5个冻结管）温度场数值计算模型。在数值计算模型的基础上，改变各种计算参数，分析冷源温度、冻结管直径、冻结管间距、土层热物理参数等因素对温度场的影响规律。基于温度场数值模拟结果，分析讨论冻结壁厚度及平均温度的计算方法。

4. 研究创新点

人工冻结法在地铁隧道联络通道施工中的应用已相当广泛，地层冻结温度场的预测分析可提前判断冻结壁的发展状况和评定冻结方案的合理性。冻结温度场的研究对于人工冻结工程的冻结设计、方案优化和冻结施工具有指导意义。