湿热气候下浅覆土冻结温度场有限元反演分析
多年冻土区草皮护坡路基温度场的数值模拟
砂 砾 土 ຫໍສະໝຸດ L/ 粘土
泥
岩
冻土区路基 ,程 国栋 提 出了主动冷却路基 的原 理来保护路基下多年冻土,利用边坡草皮来控制热
传导是其中一个措施 , 还能保护和改善路基两侧的 生态 环 境。植 被 对 冻 土具 有 保温 作 用和 冷 却作 用 J 。夏季 , 植被部分地 阻挡 了太 阳直射和散射 辐射 ,使土体冷却 ;冬季 , 植被阻挡土壤散热 , 对 土体起保温作用。铁道部科 学研究 院西北分 院 曾于 2 O世纪 6 ~ O O 7 年代在青藏公路风火山地区修 建 了路基试验工程 ,以草皮作为保温材料应用在边 坡工程上 ,保持 了边 坡冻土人 为上 限深度 的稳定 性 ,防止了路基工程的冻胀破坏。但由于草皮作为 保温材料 的特殊性 , 目前应用效 果实测资料很 j 少 。本文 旨在探讨草皮的保温效果 ,运用伴有相变 的热传导方程的有限元方法对有无草皮防护这两种 路基进行数值分析 比较。
一
及其退化特征 ,本文采用青藏高原的不稳定型多年 冻土 ,取 T = 一 . 二 为 附面层 温度增量 , 3 5c ,△ I 综合文献资料 , ]1 ,本次计算 中附面层 温度增量 [7 o
H=
( d ) £
() 2
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: (y∈ 、 0 ,) 而
计算后 ,回归方程 即可得到 ,值得 推广应用。另 外 ,土工试 验 中 ,稳定 土无 侧 限抗 压强 度 与灰剂量 关系等也可以通过回归分析进行计算 ,这样如出现 数据偏离正常值也可以很快查出,提高了检测的准
确性。 收稿日 2 5 0 —3 期: 0 —8 2 0
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许顺 国等 :多年冻 土区草皮 护坡 路基 温度场 的数值模拟
人工冻土冻结过程中热_力耦合的数值模拟方法研究
;c 为比热(J/kg·℃) ;t 为温度(℃) 。在非 (kg/m3) 相变区,式(3)中的 qv / λ = 0 。 (2)本构方程 当土体中作用一个温度场时,除考虑力场作用下 的应力和应变外,还需要考虑温度场对土体力场的影 响。土中的应力会随着温度的变化而变化,这种由于 温度变化产生的应力被称为热应力。 按照弹性力学方法,建立热应力方程。其中平衡 方程只与物体受力有关,而与产生力的原因无关;几 何方程中应变只与位移有关,而与引起位移的原因无 关, 所以平衡方程和几何方程的形式不变。 在变温时, 弹性体的应变由两部分组成。 (1)自由膨胀引起的正应变分量 ε 0 = αΔt ,其中 α 为膨胀系数,Δt 为温度变化值。自由膨胀引起的剪 应变分量为 0。 (2) 热膨胀时, 土体的应力–应变关系符合广义 胡克定律: 1 ε x = E (σ x − μ (σ y + σ z )) + αΔt , 1 (4) ε y = (σ y − μ (σ x + σ z )) + αΔt , E 1 ε z = E (σ z − μ (σ y + σ x )) + αΔt 。 联合温度场微分方程和热力本构关系,可以得到 热力耦合控制方程。 在进行冻胀位移计算时,地铁隧道衬砌管片设为 线弹性材料;土体亦假设为线弹性材料,但其弹性模 量的取值随温度变化而变化;土体的冻胀率通过原状 土的冻胀试验确定。 2.2 计算参数的取值方法 土样的物理力学性质指标、热物理参数随冻结过 程存在较大的变化,若采用常量指标进行运算不符合 实际情况,本文根据室内试验得出导热系数、比热以 及其他指标随温度场的变化规律, 在进行数值计算时, 通过建立比热、导热系数随温度场变化的场变量赋予 冻土的热物理参数,同时也考虑了模量随温度场的变 化。从而建立了计算参数随温度场变化的热力耦合的 数值计算方法。 本文结合天津地铁某联络通道的人工冻土工程, 利用上述方法代入随温度场变化的参数指标进行计 算,具体取值见下文第 3.2 节。
人工地层冻结稳态温度场解析解研究进展
人工地层冻结稳态温度场解析解研究进展胡向东;邓声君;汪洋;陈锦;张洛瑜;郭旺;韩延广【期刊名称】《建井技术》【年(卷),期】2015(036)005【摘要】人工地层冻结法由于其诸多的优越性 ,被广泛应用于地下工程施工中.温度场解析解是冻结法研究的基础 ,研究意义重大.将冻结管布置分为单管、少量管、排形布管(单排、双排、3排、多排)和圈形布管(单圈、双圈、3圈)等几种形式 ,归纳总结这几种布管形式的稳态温度场解析解研究成果 ,并提出了未来研究的方向.【总页数】10页(P1-9,14)【作者】胡向东;邓声君;汪洋;陈锦;张洛瑜;郭旺;韩延广【作者单位】同济大学地下建筑与工程系 ,上海 200092;同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室 ,上海 200092;同济大学地下建筑与工程系 ,上海 200092;同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室 ,上海 200092;同济大学地下建筑与工程系 ,上海 200092;同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室 ,上海 200092;同济大学地下建筑与工程系 ,上海 200092;同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室 ,上海 200092;同济大学地下建筑与工程系 ,上海 200092;同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室 ,上海 200092;同济大学地下建筑与工程系 ,上海200092;同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室 ,上海 200092;同济大学地下建筑与工程系 ,上海 200092;同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室 ,上海200092【正文语种】中文【中图分类】TD265.3+1【相关文献】1.环形双圈管冻结稳态温度场广义解析解 [J], 胡向东;方涛;韩延广2.环形单圈管冻结稳态温度场一般解析解 [J], 胡向东;韩延广3.双排管冻结稳态温度场广义解析解 [J], 胡向东;韩延广;虞兴福4.大流速渗透地层三管冻结稳态温度场解析解 [J], 张世琪;荣传新;王彬;施鑫;董艳宾;杨凡5.广义单排管冻结稳态温度场解析解 [J], 方涛;胡向东因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
冻结条件下土壤水热耦合迁移的数值模拟
150 cm 的土样干容重为 1. 47 g / cm3, 饱和含水率
0. 45 cm3 / cm3 。
1. 2 非冻结区水分运动参数 土壤非饱和扩散率 D ( ) ( 单位: cm2/ min) 通
过室内水平土柱吸渗法确定。
当土层深度为 0~ 20 cm 时:
D ( ) = 0. 098 4e7. 482 D ( ) = 0. 000 5e22. 144
( 7)
K I( ) = K( )/ I
( 8)
式中, 1 为含水率, cm3 / cm3 。
1. 4 冻结区未冻水含水率
冻土中含有未冻水是由土壤自身性质决定。
未冻水在冻土中可自由移动。影响其含量的因素 很多, 其中影响最大、起决定性作用的是土壤的负 温。未冻水含量随土壤负温的增大而减小, 每种 土壤均有较固定的未 冻水含量与负 温的关系曲
合实例选取时间与空间步长。本文空间步长 z 、时
间步长 t 分别取 2. 5 cm、10 min。计算步骤如下。
步骤 1 定义初始含水率、温度, 用初始值先
代替下一时刻的含水率、温度, 如
= k+ 1
i
k i
。
步骤 2 求解水分方程组, 获得未冻水含水
率预测值。
步骤 3 求解热流方程组, 获得温度预测值。
> 0. 304 ( 5)
0. 304
收稿日期: 2010- 01- 24, 修回日期: 2010- 03- 08 作者简介: 刘畅( 1984-) , 男, 硕士研究生, 研究方向为水土环境与生态工程, E- mail: liuchang 629@ 163. com 通讯作者: 陈晓飞( 1964- ) , 女, 教授、博导, 研究方向为水土环境与生态工程, E- mail: chenx iao20302@ vip. 163. co m
有限元线法在土壤源热泵地下瞬态温度场分析中的应用
有限元线法在土壤源热泵地下瞬态温度场分析中的应用近年来,随着环境保护意识的增强和能源危机的严峻形势,土壤源热泵作为一种高效能源利用方式,受到了广泛关注和应用。
在土壤源热泵系统中,地下瞬态温度场的分析对于系统的设计和优化具有重要意义。
而有限元线法作为一种常用的数值模拟方法,可有效地应用于土壤源热泵地下瞬态温度场的分析。
有限元线法是将有限元法和线法相结合的数值模拟方法。
在土壤源热泵系统中,可以将地下土壤划分为有限数量的单元,通过对每个单元进行数值分析,得到地下瞬态温度场的分布情况。
有限元线法的优势在于可以同时考虑土壤的热传导和热对流,能够更准确地模拟土壤的温度变化。
在土壤源热泵地下瞬态温度场分析中,有限元线法可以应用于以下几个方面:首先,有限元线法可以用于分析土壤源热泵系统的地下换热器的设计和优化。
通过对地下换热器进行有限元线法分析,可以得到地下换热器的温度分布情况,进而判断其换热性能是否满足要求。
根据分析结果,可以对地下换热器的尺寸、材料等参数进行调整,以达到更好的能源利用效果。
其次,有限元线法可以用于分析土壤源热泵系统的地下温度场随时间的变化规律。
通过对地下温度场进行有限元线法模拟,可以得到不同时间点下的地下温度分布情况。
这对于系统的运行和控制具有重要意义,可以帮助确定最佳的运行策略,提高系统的能源利用效率。
此外,有限元线法还可以用于分析土壤源热泵系统的地下热储层的性能。
通过对地下热储层进行有限元线法分析,可以得到热储层的温度分布和储热能力,为系统的设计和优化提供依据。
综上所述,有限元线法在土壤源热泵地下瞬态温度场分析中具有广泛的应用前景。
通过该方法的应用,可以更准确地了解土壤源热泵系统的地下温度场分布情况,为系统的设计、运行和优化提供科学依据,进一步提高能源利用效率。
冻结粘性土的变形分析
冻结粘性土的变形分析
马巍;朱元林;马文婷;常小晓
【期刊名称】《冰川冻土》
【年(卷),期】2000(22)1
【摘要】通过三轴压缩试验条件下冻结粘性土变形分析,发现冻结粘性土的体应变明显不为零,随荷载的变化而变化,加荷初期试样体积收缩,但随着荷载的进一步增大而变为膨胀;轴向应变则随偏应力的增大而增大,表现出明显的粘塑性特征,应力-应变曲线上的准弹性段、屈服处和粘塑性段刚好分别对应体变曲线上的体缩段、体缩量最大处和膨胀段,根据冻结粘性土的变形曲线,给出了考虑体变形的应力-应变关系。
【总页数】5页(P43-47)
【关键词】冻结粘性土;变形;应力-应变关系;体变形
【作者】马巍;朱元林;马文婷;常小晓
【作者单位】中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室;兰州气象学校
【正文语种】中文
【中图分类】P642.14;TU435
【相关文献】
1.浅议粘性土、无粘性土和少粘性土 [J], 段彦超;魏惠文
2.浅议粘性土、无粘性土和少粘性土 [J], 段彦超;魏惠文;
3.武汉地区淤泥质软土、粘性土的压缩模量与变形模量的相关关系 [J], 舒武堂;李国胜;蒋涛
4.武汉地区淤泥质软土、粘性土的压缩模量与变形模量的相关关系 [J], 舒武堂;李国胜;蒋涛;
5.土工基本参数与冻结粘性土瞬时单轴抗压强度的关联分析 [J], 陈湘生
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冻土墙围护深基坑温度场和应力场耦合有限元分析
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同样,我们可以通过有限元方法来模拟转子的应力分布。首先,我们需要建 立转子的几何模型和材料模型。然后,通过设置边界条件,如转速、材料的弹性 模量、泊松比等,我们可以求解转子的应力场。最后,通过后处理,我们可以得 到转子的应力分布、应力梯度等数据,以了解转子的应力行为。
四、结论
通过对汽轮机转子的温度场和应力场的有限元分析,我们可以更好地理解和 预测汽轮机转子的行为。这对于优化汽轮机的设计、提高汽轮机的性能和安全性 具有重要意义。这种方法也可以为其他类似设备的分析和设计提供参考。
3、耦合情况下深基坑的温度场 和应力场分布
通过改变模型中的参数,可以分析不同深度、温度和应力情况下的耦合情况。 此外,可以通过对不同工况进行模拟,得到不同施工阶段下的耦合情况。
五、结论与展望
本次演示通过对冻土墙围护深基坑进行温度场和应力场的耦合有限元分析, 得到了不同工况下的温度场和应力场分布情况。通过分析发现,冻土墙围护结构 的温度应力和变形受到多种因素的影响,包括环境温度、土体性质、施工工况等。 在未来的研究中,可以从以下几个方面进行深入探讨:
2、求解应力场方程
同样利用有限元方法,将连续的应力场离散化为大量的有限单元,并对每个 单元进行应力场分析。通过迭代求解,可以得到每个有限单元的应力分布情况。
3、不同深度和应力情况下的应 力场分布
通过改变模型中的参数,可以分析不同深度和应力情况下的应力场分布情况。 此外,可以通过对不同工况进行模拟,得到不同施工阶段下的应力场分布情况。
冻土墙围护深基坑温度场和应力场 耦合有限元分析
01 一、背景和意义
目录
02 二、温度场分析
03 三、应力场分析
04 四、耦合分析
05 五、结论与展望
多年冻土桩基础土体温度场数值分析
( 1 . H e i l o n g j i a n g E l e c t i r c P o w e r S u r v e y a n d D e s i g n I n s t i t u t e , H a r b i n 1 5 0 0 7 8 , C h i n a ; 2 . S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e i r n g , H rb a i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y C o l l e g e , H a r b i n 1 5 0 0 9 6 , c h i n a )
Ab s t r a c t : A i m i n g a t t h e f r e e z e i n j u r y o f p i l e f o u n d a t i o n i n t h e p e r ma f r o s t r e g i o n s , t h i s p a p e r a n l a y z e s a n d s t u d i e s t h e
nu me ic r a l v a l u e o f t he pe r ma fr o s t s o i l t e mpe r a t u r e ie f l d wi t h t h e h e l p o f l a r g e f i n i t e e l e me n t a n a l y s i s s o f t wa r e
mo de l a n d t h e r ma l c lc a ul a t i o n p a r a me t e r s o f t e mp e r a t u r e ie f l d, t h e n u me r i c l a c a l c u l a t i o n r e s u l t i s a n ly a z e d a s we l l ,
夏热冬冷地区外墙保温体系有限元分析
夏热冬冷地区外墙保温体系有限元分析戴绍斌;杨龙;黄俊;倪青荣【摘要】以有限元ANSYS软件对夏热冬冷地区不同墙体保温体系进行建模,计算分析不同墙体保温形式的温度场.研究结果表明:几种外墙保温体系的建筑热桥部位内表面都不会产生结露现象;在保证外墙主体传热系数相等的条件下,外墙保温体系保温效果依次为:外保温体系、热桥处理型自保温体系、内保温体系、自保温体系;自保温体系和内保温体系的热桥效应比较明显,而热桥处理型自保温体系能够达到与外保温体系接近的保温效果,所以可在夏热冬冷地区推广使用.【期刊名称】《新型建筑材料》【年(卷),期】2014(041)012【总页数】3页(P17-19)【关键词】建筑节能;外墙保温;有限元分析;温度场【作者】戴绍斌;杨龙;黄俊;倪青荣【作者单位】武汉理工大学土木工程与建筑学院,湖北武汉430070;武汉理工大设计研究院,湖北武汉430070;武汉理工大学土木工程与建筑学院,湖北武汉430070;武汉理工大学土木工程与建筑学院,湖北武汉430070;武汉理工大设计研究院,湖北武汉430070;武汉理工大学土木工程与建筑学院,湖北武汉430070【正文语种】中文【中图分类】TU111.19我国现在处于经济快速发展和能源结构转型的重要时期,节约能源是我国目前重要任务之一,而建筑业的能源消耗占到社会总能源消耗的30%左右。
墙体在建筑的外围护结构中占的比例最大,导致墙体传热造成的热损失也最多,因此墙体的节能是建筑外围护结构节能最重要的部分。
夏热冬冷地区的建筑节能标准一直沿用北方建筑节能标准,外墙保温多采用外墙外保温体系,内保温和自保温体系的使用很少,因此,对夏热冬冷地区不同墙体保温体系的传热分析具有重要意义。
目前,我国的外墙建筑节能计算大多仍采用一维面积加权法,而实际外墙建筑在传热过程中,热桥影响区域对正常墙体也有影响[1]。
本文将墙体保温体系热传导分析模型简化为二维稳态热传导模型,结合夏热冬冷地区气候特点,采用ANSYS软件对不同墙体的保温体系传热进行有限元分析。
冻土非稳态温度场有限元模拟分析
四川建筑科学研究Sichuan Building Science 第35卷 第1期2009年2月收稿日期:2007206213作者简介:朱 明(1970-),男,湖南常德人,讲师,主要从事岩土工程方面的研究。
基金项目:西部交通建设科技项目《高原湿地郎川公路修筑及环境保护技术研究》资助项目(200431800054)E -ma il:zhum ing@home .s wjtu .edu .cn冻土非稳态温度场有限元模拟分析朱 明1,苏小勇1,宋琼瑶2,蒋 跃2(1.西南交通大学土木工程学院,四川成都 610031;2.国道213线郎木寺至川主寺公路改建工程指挥部,四川成都 610041)摘 要:在冻土工程领域,国内外已经展开了广泛的基础性研究,取得了丰硕的成果。
对冻土路基温度场问题,目前已有理论依据和计算方法,但大多只考虑了第一类边界条件。
本文利用有限元软件,同时考虑了辐射、蒸发、换热等各种边界条件,对冻土路基非稳态温度场进行了计算分析,根据计算与实测结果的对比分析,从而有力地验证了本文采用有限元计算方法的可靠性,并且进一步根据计算与实测结果,对冻土路基非稳态温度场进行了计算分析。
关键词:非稳态温度场;边界条件;AD I N A;可靠性中图分类号:T U47117 文献标识码:A 文章编号:1008-1933(2009)01-120-05The fi n ite ele ment si m ul ate analysis of transi ent te mperature fi eld of frozen soilZHU M ing 1,S U Xiaoyong 1,S ONG Q i ongyao 2,J I A NG Yao2(1.School of Civil Engineering,South west J iaot ong University,Chengdu 610031,China;2.Headquarter of Recoustructi on of Long mushi 2Chuanzhushi of 213State Road,Chengdu 610041,China )Abstract:I n the filed of fr ozen s oil engineering p r ojects,there are many basic research at home and abr oad and have get p lentiful results .Now,there are theoretical foundati on and computing methods,but,which only take the first boundary conditi on int o account .I n this paper the writer takes advantage of the finite element s oft w are and at the sa me ti m e takes the boundaries int o account such as radiati on,evaporizati on,heat transfer and s o on t o calculate and analyze the transient te mperature field of the fr ozen subgrade .According t o the contrastive analysis of the calculati on and the test results,it verified the reliability of the finite ele ment method which is adop ted in this paper,als o,the writer further calculate and analyze the transient te mperature field of the fr ozen subgrade,according t o the calculati on and the test results .Key words:the transient te mperature field;boundary conditi on;AD I N A;reliability1 概 述对冻土工程问题,可采用解析法或数值方法进行求解,但应用解析法求解冻土路基问题难以实现。
深厚钙质黏土层冻结特征与冻结温度场数值模拟
深厚钙质黏土层冻结特征与冻结温度场数值模拟杜猛;陈亚妮;陈孝文;荣传新【摘要】为了解决杨村煤矿井筒在深厚黏土层层位掘砌时遇到的冻结管断裂难题,分析了施工中产生的问题,并采用 ANSYS 有限元软件模拟出该黏土层段温度场分布规律,细化导热系数区间,使计算结果与测温孔数据接近。
结果表明,强化冻结工艺和采用短段掘砌施工是解决深厚黏土层安全施工的有效措施,对日后井筒在该层位的施工具有一定参考价值。
%In order to solve the difficult problems occurring duting digging and lining a shaft in deep and thick calcareous clay layer in Yangcun mine, the paper analyzed the problems encountered during shaft construction, simulated the distribution regularities of the temperature field in the calcareous layer by using ANSYS finite element software, refined the range of thermal conductivity coefficient, and made the calculation results close to the data of the hole for temperature measurement. The results show that enhancing freezing technology and adopting digging and lining of short interval are efficient measures for safe construction of shaft in calcareous layer, have reference value for future shaft construction in the layer.【期刊名称】《煤田地质与勘探》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】5页(P72-76)【关键词】深厚黏土层;ANSYS有限元分析;强化冻结;短段施工【作者】杜猛;陈亚妮;陈孝文;荣传新【作者单位】马钢集团设计研究院有限责任公司,安徽马鞍山243000;安徽理工大学土木建筑学院,安徽淮南 232001;马钢集团设计研究院有限责任公司,安徽马鞍山243000;安徽理工大学土木建筑学院,安徽淮南 232001【正文语种】中文【中图分类】P642我国冻结法凿井井筒施工将进入深部掘砌时代。
北京城区2000—2014年地表温度反演及因素分析
2研究方法
2.1技术路线 北京城区地表温度反演技术路线如图1o
数 据 预 处 理
首先将TIFF格式的数据转换为IMG格式,再 分波段进行辐射定标,用ERDAS软件的Modeler模 块将遥感影像的DN值转换为T0Ao然后将IMG 格式的各个波段数据用ERDAS进行波段合成,在 ArcGIS软件中使region. shp的坐标系与Landsat TM、ETM+数据的坐标系保持一致,统一采用UTM
图1技术路线 Fig. 1 Technical routine
2.2地表温度反演方法 2.2.1数据处理与辐射定标辐射定标是将记录 的原始DN值转换为辐射亮度值(即大气外层表面
、。 反射率 用户需要计算地物光谱反射率或光谱辐
ETM +、OLI的遥感影像数据(行号为32,带号为 123),影像已经过系统的几何校正、UTM Zone 50投
, 。 影 采用WGS 84坐标系 ETM+数据第6波段的分
辨率为60 m,其余波段为30m;TM数据第6波段分 辨ห้องสมุดไป่ตู้为120 m,其余波段为30 m(表1 )o主要使用
。 的软件是 ERDAS 9.1、ArcGIS 10. 0
文章编号:1674-3636(2019)03-0499-07
0引言
地表温度(LST)作为直接反映地球资源环境动 态变化的一个重要参数,在气候、生态环境等许多领 域的研究中具有重要价值 (陈小瑜等,2013;杨树 彪,2015) o随着环境问题和城市气候异常的加剧, 城市地表热环境逐渐成为当前城市环境、城市气候
区热环境格局负面影响凸显的季节,热岛效应会加
( , 剧城市高温出现的频率和高温灾害 李琳等 ) 、 2008 o主要研究北京城区(包括东城区、西城区
多年冻土路基热稳定性的有限元分析
多年冻土路基热稳定性的有限元分析刘海苹;杨扬;孙玉英;关宇超【摘要】利用ANSYS有限元软件,引入附面层原理,对高纬度多年冻土区沥青路面下路基温度场进行模拟.研究结果表明:运营30年,各深度处的年平均地温发生着具有一定规律的升高,且变化的幅度也随着深度的增加而衰减;路表下浅层温度场变化幅度最大,深层温度场变化幅度越来越小;随时间和气温的逐年增长,冻土人为上限逐年下移,将严重影响路基的热稳定性.%The high latitude permafrost regions of the asphalt pavement under embankment temperature field were simulated by using ANSYS finite element software and introducing the boundary layer theory.Run 30 years,the results show that the annual ground temperature has a regular increase in a certain depth,and the attenuation of amplitude with the increase of the depth;the change of the shallow temperature field under the road surface is the largest,and the change of the deep temperature field is getting smaller and smaller;with the increase of time and temperature year by year,the upper limit of permafrost is shifted down year by year,which will seriously affect the thermal stability of subgrade.【期刊名称】《低温建筑技术》【年(卷),期】2017(039)006【总页数】3页(P72-74)【关键词】多年冻土;沥青路面;路基;热稳定性;有限元分析【作者】刘海苹;杨扬;孙玉英;关宇超【作者单位】黑龙江工程学院土木与建筑工程学院, 哈尔滨150050;黑龙江工程学院土木与建筑工程学院, 哈尔滨150050;黑龙江工程学院土木与建筑工程学院, 哈尔滨150050;黑龙江工程学院土木与建筑工程学院, 哈尔滨150050【正文语种】中文【中图分类】TU475.2多年冻土与自然界其他岩土相比,因其温度和含冰特性而具有特殊的工程性质。
《2024年粉质黏土单向冻结冷生构造试验及数值模拟研究》范文
《粉质黏土单向冻结冷生构造试验及数值模拟研究》篇一一、引言近年来,随着对地质工程、冻土工程等领域研究的深入,粉质黏土的单向冻结冷生构造成为了研究的重要方向。
该研究主要针对粉质黏土在单向冻结条件下的物理性质、结构变化及力学行为进行探讨。
本文通过实验和数值模拟的方法,对粉质黏土单向冻结冷生构造进行深入研究,以期为相关工程提供理论依据和指导。
二、粉质黏土单向冻结冷生构造试验1. 试验材料与设备试验采用粉质黏土作为研究对象,主要设备包括温度控制系统、力学测试系统以及高清显微镜等。
2. 试验方法首先对粉质黏土进行预处理,包括筛分、干燥等。
然后,将预处理后的粉质黏土放入低温环境中进行单向冻结,同时采用力学测试系统对冻土的力学性质进行实时监测。
3. 试验结果通过试验,我们发现粉质黏土在单向冻结过程中,其结构发生了显著变化。
随着温度的降低,粉质黏土的力学强度逐渐增强,同时其内部结构也发生了明显的冷生构造。
三、数值模拟研究针对粉质黏土单向冻结冷生构造的数值模拟,主要采用有限元分析方法。
首先建立粉质黏土的三维模型,然后根据实际试验条件设定模型参数,最后进行单向冻结过程的模拟。
1. 模型建立与参数设定在建立模型时,需考虑粉质黏土的物理性质、力学性质以及热学性质等因素。
同时,根据实际试验条件设定模型参数,如温度、压力等。
2. 模拟结果与分析通过数值模拟,我们得到了粉质黏土在单向冻结过程中的应力分布、温度变化以及结构变化等信息。
分析这些信息,可以更深入地了解粉质黏土在单向冻结条件下的力学行为和结构变化。
四、结论与展望通过实验和数值模拟的方法,我们对粉质黏土单向冻结冷生构造进行了深入研究。
研究发现,粉质黏土在单向冻结过程中,其力学强度逐渐增强,同时其内部结构也发生了明显的冷生构造。
这一研究结果对于地质工程、冻土工程等领域具有重要的理论意义和实践价值。
展望未来,我们将进一步开展相关研究,如探讨不同因素对粉质黏土单向冻结冷生构造的影响、研究冻融循环对粉质黏土性质的影响等。
多年冻土区水泥混凝土路面下冻土路基温度场数值分析_王大鹏
高温极不稳定多年冻土段 -0.1 1.7
阴坡 0.5 1.2 1.5
水泥路面 沥青路面
1.5
3.7
2.5
4.6
2.7
4.9
对于计算模型 AH 及FG 边界 , 其边界条件为 :
T n
=0
(x
,
y)∈
AH
∪
FG
。
(2)
第 1 期 王大鹏 , 等 :多年冻土区水泥混凝土路面下冻土路基温度场数值分析 47
度的函数 , 又因研究对象含水量不高 , 可以忽略融化过
程中的对流作用 、质量迁移 、水热蒸发和其他作用 。冻
土中温度 T (x , y , t )应满 足带相变 的热传导 微分方 程[ 5 -6] :
冻结区 :
Cf
Tf = tx
λf
Tf x
+y
λf
Tf y
,
未冻结区 :
(4)
Cu
Tu = tx
λu
多年冻土区水泥混凝土路面下 冻土路基温度场数值分析
王大鹏1,2 , 傅 智2 , 易 洪3 , 房建宏4 , 李焕青4
(1.东南大 学 , 江苏 南京 210096;2.交通部公路科 学研究院 , 北京 100088; 3.交通部管理干部学院 , 北京 065201;4.青海省公路科研勘测设计院 , 青海 西宁 810001)
面层温度 , 并根据观测温度的变化特征及青藏高原气
候变暖的影响 , 将下附面层底的温度变化拟合成如下
三角函数形式[ 3 -4] :
f(t)=t0 +R0 t +A0 sin
2π 8 760
t
-
3 5
π
,
中空圆环形冻结管温度场发展敏感性分析
相变潜热/ ( · ) 108 J m -3
试编验 号
导热系数/ ( · · ) kJ m -1 ℃ -1 未冻土 冻土
比热/ ( · · ) kJ m -1 ℃ -1 未冻土 冻土
相变潜热/ ( · ) 108 J m -3
1 118 0
179 0
1 530
1 610
1 20
11 118 0
179 0
主要从事隧道工程相关方面的研究工作。 : Email 。 7753744@ qq com
体中设置一根冻结管,埋深2 m,分析当冻结管周 围的土体环境发生变化时,冻结管冻结的温度场发 展规律。模型的几何尺寸与网格划分,见图2。
·2·
路基工程 年第期(总第 期) Subgrade Engineering 2019
图2 模型的几何尺寸及网格划分示意(单位:mm)
的盐水降温计划冻结40 天时,分析冻土帷幕的发育 情况以及土体温度场的发展规律。各试验计划采用
图2 中,中空圆环形冻结管的外径为75 1 , mm 的土体参数,见表1。其中,1 号试验采用原状土的
内径取为40 0 mm,管壁厚35 0 。 mm
材料参数,2 ~ 7 号试验改变了土体的导热系数,
5
206
远离冻土帷幕区域的网格划分稀疏,选取划分长度
单位为0 10 mm,划分单元选择为8 节点划分模式,
建立实体冻结管模型,通过布尔运算将冻结管从实
体模型中扣除,得到冻结管的表面,以冻结管表面
为热荷载的边界,以盐水温度为边界荷载。
1 2 计算模型参数选取
选取当地土体的导热系数、比热以及相变潜热
分别增大和减少10 % ,20 % ,30 % 时,采用相同
浅覆土地铁出入口冻结数值模拟分析
价值工程0引言人工地层冻结是指在预先埋置在地层中的冻结管内循环低温冷媒,通过冻结管与土体进行热交换,从而形成完整性好、隔水效果效果佳、支护性能强的冻结帷幕。
冻结法以其适用地层广、环境污染小等特点,现已广泛应用于地铁联络通道施工。
根据冻结工程所处地层、冻结体量等因素,所采用的冻结设计参数有明显差异[1-5]。
为了保证安全的冻结过程以及良好的冻结效果,考虑土体初始温度对冻结温度场影响规律研究显得意义重大。
黄建华等[6]建立了三维有限元模型,系统研究了水泥改良后的地铁联络通道冻结温度场发展特性,得出“水泥改良+人工冻结”对淤泥质土地层具有显著的加固效果;刘先观[7]采用数值模拟与模型试验相结合的方法,考虑了冻结管直径、间距、冻结管端部距管片的距离、等因素对联络通道冻结温度场的影响规律;郑立夫等[8]基于热力耦合理论,通过有限差分软件FLAC 3D 建立了有限元模型,对冻结施工全过程进行了模拟,研究了不同冻结壁厚度条件下地表冻胀、融沉变形及隧道管片变形规律,最终实现了冻结壁厚度的优化设计。
但目前国内许多学者对冻结温度场数值模拟研究多集中于联络通道,对地铁出入口冻结温度场发展规律的研究较少。
本文利用有限元软件,以上海地铁某浅覆土地铁出入口冻结加固工程为背景,建立了三维数值计算模型,对该出入口冻结温度场发展与分布规律展开了数值模拟研究;并获得了不同初始地温条件下地铁出入口冻结温度场发展规律,为今后不同土层中类似工程的冻结设计与施工提供合理化建议。
1工程概况上海地铁18号线某地铁出入口冻结工程,该出入口周边环境复杂,有酒店、写字楼等构筑物。
出入口顶板覆土厚度约2.8m ,且上方有电力、污水、信息等管线;出入口结构呈“L ”形,开挖断面宽6.4m 、高5.32m ,暗挖段展开长度为13.112m ,开挖断面大,若施工不当易引起塌方冒顶等后果;根据地勘报告显示,出入口主要处于灰色淤泥质粉质粘土,该土层具有高含水量、高压缩性、高灵敏度、低强度的特性。
松铺覆盖下相变黏土施工防冻控温数值模拟
松铺覆盖下相变黏土施工防冻控温数值模拟目录一、内容综述 (2)1.1 工程背景 (3)1.2 研究意义与目的 (4)二、工程概况 (5)2.1 工程简介 (6)2.2 工程地质条件 (6)2.3 气象条件分析 (8)三、松铺覆盖施工技术 (9)3.1 松铺覆盖施工原理 (10)3.2 施工流程 (11)3.3 施工注意事项 (12)四、相变黏土材料及性能 (13)4.1 相变黏土材料介绍 (15)4.2 相变黏土材料性能特点 (16)4.3 相变黏土材料应用范围 (17)五、防冻控温措施及数值模拟 (18)5.1 防冻控温措施 (19)5.2 数值模拟软件及模型建立 (20)5.3 数值模拟过程及结果分析 (21)5.4 现场应用效果评价 (22)六、施工质量控制与验收标准 (23)6.1 施工质量控制要点 (25)6.2 验收标准与流程 (26)6.3 质量问题处理方案 (26)七、安全与环保控制要点 (27)7.1 安全生产管理措施 (28)7.2 环保控制要点及措施 (30)八、结论与展望 (31)一、内容综述松铺覆盖下相变黏土施工防冻控温数值模拟是研究在特定气候条件下,特别是在寒冷地区,松铺覆盖技术应用于相变黏土施工过程中的防冻及温度控制的有效手段。
随着建筑行业的不断发展及极端天气现象的频发,如何在严寒冬季保持土壤施工质量成为工程建设领域亟待解决的问题。
本综述旨在阐述数值模拟技术在松铺覆盖施工中的防冻控温方面的应用现状及发展趋势。
该技术应用广泛涉及公路、铁路、水利等基础设施建设领域,特别是寒冷地区的工程项目。
通过采用先进的数值模拟技术,模拟松铺覆盖施工在不同温度条件下的变化过程,预测和分析施工过程中的温度分布、土壤冻结深度以及材料的力学性质变化等关键参数,从而提供理论支撑和实践指导。
这一研究的核心在于分析不同材料、施工工艺以及环境条件下的综合效应,构建合理高效的数值模型来预测施工过程的温度变化。
基于ANSYS的浅层土壤温度场特征模拟分析
基于ANSYS的浅层土壤温度场特征模拟分析于洋;谭峰;廉琦;韩国鑫;辛元明;张乃夫【摘要】通过分层安装温度传感器采集黑龙江省大庆市某地区的浅层土壤温度值,运用ANSYS有限元分析软件对地下1 m内土层进行相应的模拟分析,探究地下浅层土壤温度场的变化特征.结果表明:地下土壤深度为70~100 cm范围内的温度变化趋向比较相近,整年白天的地表最高温度在7月,最低在12月,3—5月、7—9月的地表温度变化趋向均高于地下浅层土壤温度,土温整体是呈地表向地下逐渐降落的趋向;整年黑天的最高地表温度在7月,最低在12月,4—5月、7月的地表温度变化趋向均大于地下浅层土壤温度,土温随深度的增加呈地表向地下逐渐增高-降低-增高的趋向.%In order to explore the change of soil temperature field in shallow layer of soil in this paper, temperature sensor was stratified instal-ling to collect the shallow soil temperature in an area of Daqing, Heilongjiang. Simulation analysis of the surface temperature was carried out by mainly using the finite element analysis software ANSYS. The results showed that: Soil temperature variation in the range of underground 70-100 cm was close. The maximum surface temperature of the annual day was in July, the lowest was in December, the surface temperature change trend in March -May and July - September were greater than the shallow underground soil temperature, the soil temperature of the ground surface to underground showed a downward trend ;The highest surface temperature of the annual night was in July, the lowest was in December, the surface temperature transformation trend in April -May and July was greater than the shallow underground soil temperature, with the increaseof depth, temperature increased firstly, then decreased and increased gradually from surface to underground of soil.【期刊名称】《安徽农业科学》【年(卷),期】2017(045)035【总页数】4页(P102-104,127)【关键词】土壤温度场;ANSYS软件;模拟分析【作者】于洋;谭峰;廉琦;韩国鑫;辛元明;张乃夫【作者单位】黑龙江八一农垦大学电气与信息学院,黑龙江大庆163319;黑龙江八一农垦大学电气与信息学院,黑龙江大庆163319;黑龙江八一农垦大学电气与信息学院,黑龙江大庆163319;黑龙江八一农垦大学电气与信息学院,黑龙江大庆163319;黑龙江八一农垦大学电气与信息学院,黑龙江大庆163319;黑龙江八一农垦大学电气与信息学院,黑龙江大庆163319【正文语种】中文【中图分类】S151.9+5土壤温度作为影响农作物生长的重要因素之一,有着十分重要的研究意义。
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第43卷第29期•90 • 2 0 1 7 年 1 0 月山西建筑SHANXI ARCHITECTUREVol.43 No.29Oct. 2017文章编号:1009-6825(2017) 29-0090-02湿热气候下浅覆土冻结温度场有限元反演分析陈智辉1王利军1陆路2罗竹2(1.广州地铁集团有限公司,广东广州510000; 2.中国矿业大学力学与±木工程学院,江苏徐州221116)摘要: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。
结果发现: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s关键词:湿热气候,浅覆土,冻结温度场,有限元分析,现场实测中图分类号:T U413 文献标识码:A〇引言随着我国各大城市轨道交通建设的迅猛发展,同一区域修建 的地下轨道到交通线路越来越多,越来越多的相邻线路间形成大 型枢纽站,但因受原有规划设计滞后或是既有地铁车站、隧道和 上方建筑物存在的影响,让重体交叉线路不得不进行穿越施工Q 人工冻结法具有良好的封水性能,且地层可复原性好、绕障性强、施工方便,可适用于各种地层条件,特别是在富含水的砂质土层 中更具优越性,因此冻结加固土体便成为暗挖隧道安全穿越施工 中的一种最可靠的工法被优先考虑[1@。
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画施工有着 重要的借鉴意义[4:]。
但是在我国南方城市(如广州地区)进行地 铁施工时,由于常年湿热的气候,加之冻结边界距地面较浅,给人 工冻结温度场的发展带来了影响[5]s为了解湿热气候对浅覆土 人工冻结温度场的影响,很有必要依托实际工程开展现场实测,并与数值模拟对比分析,以便获得相应温度场发展规律为以后相 似工程提供可靠的参考。
1工程概况1.1 工程概述广州市轨道交通6号线大坦沙站一如意坊站盾构区间暗挖段 隧道冻结加固工程在大坦沙站一侧,与车站对接段隧道为双线矩 形断面。
冻结工程上部地面存在已经先期运营的5号线车站,与车 站对接段有约1〇m的隧道位于5号线地铁车站的正下方。
工程结 构所处的地层为砂性土,含水量高、渗透性强、分布广泛,且厚度大、连通好,与地表水联系密切,富水性强。
且广州市地处低纬,由于暖 湿气流的盛行,气候高温多雨,年平均气温为21.4°C〜21.9°C (广 州市各月平均气温见表1)。
加之工程冻结地层离地面较近,顶板 冻结边线离地面只有约2.4m,且广州的气温较高,气温对地面的 温度影响对冻结帷幕不利表1广州市各月平均气温表月份123456789101112V13.414.317.821.825.627.328.428.327.023.919.415.0温度场的数值模型,并结合盐水的实际降温曲线,开展冻结温度 场的数值模拟,如果所选择参数使得冻结温度场的计算值与实测 值很接近,则认为所取参数为地层实际情况,从而将此参数作为 分析整个温度场的依据,并预测后期的冻结状况。
本文以水平冻 结帷幕3.5 m处截面建立有限元计算模型,采用平面热分析单元 P lan e35进行网格划分,有限元网格划分图见图经计算,至 7月17日时的冻土帷幕温度云图见图4。
T22*T20 T7« T8〇T16冻结冻结'2区^二1区X2^°,T9(D⑮⑮㊃喔冻结® 3 MTi2»..X6X7*T21-T17T2,»T3®»T41)76® ®D75 ® ® '(§)i d,T l h®T13 -X80 ®齒 〇,i> ® <S i§)% #(§) ®®{g){g) ® ®(i) (g)®(jT5« J6*X3®冻结孔*泄压孔0测温孔图1水平测温孔平面布置图1.2 冻结方案本工程对接暗挖段隧道采取水平与垂直双向冻结,冻结帷幕 设计厚度2.0m,冻结孔间距1.3m,车站内布置水平冻结孔79个,设置13个水平测温孔,见图l e实际盐水降温曲线见图2。
2有限元反演分析有限元反演分析即是根据冻结孔的实际成孔现状,建立冻结图3有限元网格划分图3有限元分析及实测分析结果对比温度场模拟的精确程度主要体现在测温孔实测温度与模拟 结果的接近程度上,3. 5 m处测温孔实测与反演对比如图5所示。
从图5可以着出测点的实测与模拟的测点温度在变化趋势及数 值上均较接近,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。
收稿日期:2017-08-03作者简介:陈智辉(1974-),男,工程师第43卷第29期2 0 1 7牟1 0月陈智辉等:湿热气候下浅覆土冻结温度场有限元反演分析• 91 •表2有限元法各路径冻结壁有效厚度和平均温度路径PIP 2P 3P 4P 5P6P 7P8P 9P 10厚度/m3.9 5.04.0 4.0 3.7 4.6 3.4 4.5 3.1 3.0平均温度/°c -12.0-14.6-10.8-10.8-11.9-14.9-11.7-14.6-11.5-11.9-24.39 -10.081 4.228 18.537 32.846-17.236 -2.927 11.382 25.691 40图4 7月17日冻土帷幕温度"S 图为分析比较不同方法各路径的冻结壁有效厚度和平均温度,对有限元分析模型选取10个不同路径进行分析,如表2 所示_为检验有限元分析的准确性,利用成冰公式和C A D 作图法对 各路径的平均温度和冻结壁厚度进行求解,结果见表3 Q表3成冰公式和C A D 作图法各路径的冻结壁有效厚度和平均温度区域二区三区部位L h 部侧壁一T I PI 左▲角J h f i 侧璧T M 赴角最小冻續壁有效厚度A n 1.73 2.311.811.881.792.501.791.63成冰公式 平均温度/"C -11.09-12.29-15.52-11.10-11.12-12.47-15.38-10.00作图法 平均温度/丈-10.80-11.79-14.19-10.34-10.78-12.14-14.49-10.24-C 1一实测值由表2,表3可知,有限元数值方法得到的各路径的平均温度 和冻结壁厚度与成冰公式和CAD 作图法计算所得的值比较靠近。
4结语本文通过对广州地铁6号线大坦沙站一如意坊站区间暗挖隧道冻结温度场实测及有限元反演分析,得到了湿热气候下浅覆 土冻结温度场的冻结特征,主要有以下结论:1) 本工程埋深较浅,而广州处于亚热带,日照充足,热M 富,年平均温度为21.4 °C〜21.9 °C ,冻结工程是在3月份〜9月 份之间,气温对冻结壁的形成有不利的影响,但通过多种方法对 冻结二区、三区冻结帷幕的厚度和平均温度进行计算,计算结果 表明至7月17日冻结壁厚度及平均温度均已达到设计要求。
2)通过对3.5 m 处测温孔实测与反演对比,可以看出测点实测与模拟的测点温度在变化趋势及数值上均较接近,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,对湿热气候浅覆土冻结温度场的 反演分析是切实可行的。
参考文献:[1]张婷,杨平.人工冻结法在地铁建设中的应用与发展[J].森林工程,2012(6) :74-78.[2] 武亚军,潘涛,唐军武•人工冻结技术在城市地下工程中的应用[J].探矿工程,2006(6) :60-63.[3] 崔灏,李栋伟.水平冻结法施工温度场数值模拟与分析[J].低温建筑技术,2009,2(3) :15-19.[4]岳丰田,王涛.扎脊诺尔矿区白垩系地层冻结温度场实测 与分析[J L 河北理工大学学报(自然科学版),2009,31(2) :119-122.[5] 黄辉,岳丰田,张勇,等.湿热气候下浅覆土冻结温度场实测分析[J ].工程技术(引文版),2016(82) :254-256.freezing field in shallow soil under humid climateChen Zhihui 1 Wang Lijun 1 Lu Lu 2 Luo Zhu 2(1. Guangzhou Metro Group Co . , Ltd , Guangzhou 510000, China ;2. School o f Mechanics & Civil Engineering , China University o f Mining and Technology , Xuzhou 221116, China )Abstract : T he fie ld tem perature and the fin ite elem en t in version analysis w ere carried out in the sh allow soil tem perature fie ld u n der h u m id c lim ate. It is fou n d that the tem perature fie ld d istribu tion on the w h ole cross s ection is sim ilar to that o f the actual. In d icatin g that the equ iva len t therm al con d u ctiv ity o f the soil param eters is reason able.Key words : clim ate o f w arm -m oist, sh allow ov erbu rd en s o il, freezin g tem perature fie ld , F E A , fie ld m easurement。