《冻结法原理及应用》PPT课件
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现代土木工程施工技术冻结法施工-PPT课件
胀现象主要出现在粘性土质的冻结过程中。
11.3 人工冻土的力学特性
1、冻土特性 冻土是一种非均质、各向异性的非弹性材料。 表现有：流变特性（蠕变）； 松弛特性； 强度随时间降低。
2、冻土强度 冻土的破坏形式有塑性破坏和脆性破坏两种。其影
响因素有：颗粒成分、土温、含水量、应变速率
11.4 常规盐水冻结
冷现象。 （3）突变段：水过冷后，一旦结晶就立即放出结冰潜热，出现
温升过程。 （4）冻结段：温度上升到接近0°C时固定下来，土体中的水便
产生结冰过程，矿物颗粒胶结为一体形成冻土。 （5）冻结继续冷却，冻土的强度逐渐增大。
2、地下水对冻结的影响 （1）水质影响
水中含有一定的盐分时，水溶液的结冰温度就要 降低。 （2）水的性态影响
5、辅助系统设计 盐水管路设计、清水管路设计、盐水管路的保温设计、地层冻结观测设 计。
11.5 液氮冻结
1、原理 利用液氮在冻结器内汽化吸热后，气氮经管路排
出地面，管路周边急剧冻结。 优点：设备简单、施工速度快，适用于局部特殊
处理和快速抢险和快速施工。 液氮是一种比较理想的制冷剂，无色透明、稍轻
于水、惰性强、无腐蚀、对震动、电火花是稳定的。 一个大气压下，液氮的汽化温度为-195.81°C，
谢谢观赏
蒸发潜热为47.9kcal/kg。
11.5 液氮冻结
2、液氮冻结特征 （1）液氮冻结属深冷冻结，冻土温度较常规冻
结低，梯度大，冻结器管壁温度达180°C，温度曲 线呈对数曲线分布。
（2）冻土温度变化与液氮灌注状况关系很大。 （3）液氮冻结地层初期冻结速度极快，但随时 间和冻土扩展半径的发展而逐渐下降。
土质结构、土的固结度、土的渗透性、土中水流 速度等对冻结速度都有一定的影响。
11.3 人工冻土的力学特性
1、冻土特性 冻土是一种非均质、各向异性的非弹性材料。 表现有：流变特性（蠕变）； 松弛特性； 强度随时间降低。
2、冻土强度 冻土的破坏形式有塑性破坏和脆性破坏两种。其影
响因素有：颗粒成分、土温、含水量、应变速率
11.4 常规盐水冻结
冷现象。 （3）突变段：水过冷后，一旦结晶就立即放出结冰潜热，出现
温升过程。 （4）冻结段：温度上升到接近0°C时固定下来，土体中的水便
产生结冰过程，矿物颗粒胶结为一体形成冻土。 （5）冻结继续冷却，冻土的强度逐渐增大。
2、地下水对冻结的影响 （1）水质影响
水中含有一定的盐分时，水溶液的结冰温度就要 降低。 （2）水的性态影响
5、辅助系统设计 盐水管路设计、清水管路设计、盐水管路的保温设计、地层冻结观测设 计。
11.5 液氮冻结
1、原理 利用液氮在冻结器内汽化吸热后，气氮经管路排
出地面，管路周边急剧冻结。 优点：设备简单、施工速度快，适用于局部特殊
处理和快速抢险和快速施工。 液氮是一种比较理想的制冷剂，无色透明、稍轻
于水、惰性强、无腐蚀、对震动、电火花是稳定的。 一个大气压下，液氮的汽化温度为-195.81°C，
谢谢观赏
蒸发潜热为47.9kcal/kg。
11.5 液氮冻结
2、液氮冻结特征 （1）液氮冻结属深冷冻结，冻土温度较常规冻
结低，梯度大，冻结器管壁温度达180°C，温度曲 线呈对数曲线分布。
（2）冻土温度变化与液氮灌注状况关系很大。 （3）液氮冻结地层初期冻结速度极快，但随时 间和冻土扩展半径的发展而逐渐下降。
土质结构、土的固结度、土的渗透性、土中水流 速度等对冻结速度都有一定的影响。
冻结工程 冻结法原理与设计原则..57页PPT
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
冻结工程 冻结法原理与设计原则..
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
冻结工程 冻结法原理与设计原则..
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
冻结法原理及应用
含水地层冻结成一个封闭的不透水帷幕—冻结壁，用以抵抗地压、 水压、隔绝地下水与地下工程的联系。而后在其保护下进行开挖 施工。 为形成冻结壁，首先在欲开挖的地下工程周围打一定数量的冻结 孔，孔内安装冻结器。冷冻站制出的低温盐水经管路送到冻结器， 低温盐水在冻结器中循环后，回到冷冻站被重新降温。低温盐水 在冻结器中循环吸收其周围地层中的热量，形成冻结圆柱，冻结 圆柱逐渐扩大并连接形成冻结壁，直至达到设计厚度和强度为止。
板
去路
回路
非冻区
冻结区
局部冻结管底锥 加工工艺
盾构穿越区
1、 当盾构进出 洞洞口加固区范 围内无任何管线、 箱涵及建筑物等 时可采用垂直冻 结法进行洞口加 固； 局部冻结加固区
2、为减少冻结需 冻量和控制土体 冻胀、融沉，垂 直冻结加固盾构 进出洞土体时， 设计采用局部冻 结方式施工。
一、冻结法施工技术概况
• 中国的冻结法凿井技术后来者居上，整体 水平处世界领先水平；
体现： 1）、制冷设备 2）、工程的难度 3）、冻结设计及工程管理 4）、产品的多样性
一、冻结法施工技术概况
• 人工冻结法施工技术分常规冻结和低温冻 结；
• 常温冻结的冻结温度 -35~-25℃； • 低温冻结的冻结温度-180~-70℃左右。
层主要特征的描述、 地质构造及地温、 常规土工试验指标、 冲积层、基岩 中各含水层的特征，地下水流速。 2）人工冻土物理力学性能试验报告。 内容包括：冻胀试验、单轴抗压强度、三轴剪切强度、温度导热系数、热容量、 冻结温度等。 3） 构筑物上下场所地形地貌特征； 4） 构筑物周围永久、临时设施（含管线、建筑物、设备等）布置； 5） 构筑物施工图； 6 ）地区气象资料。
五、冻结法设计及施工组织
板
去路
回路
非冻区
冻结区
局部冻结管底锥 加工工艺
盾构穿越区
1、 当盾构进出 洞洞口加固区范 围内无任何管线、 箱涵及建筑物等 时可采用垂直冻 结法进行洞口加 固； 局部冻结加固区
2、为减少冻结需 冻量和控制土体 冻胀、融沉，垂 直冻结加固盾构 进出洞土体时， 设计采用局部冻 结方式施工。
一、冻结法施工技术概况
• 中国的冻结法凿井技术后来者居上，整体 水平处世界领先水平；
体现： 1）、制冷设备 2）、工程的难度 3）、冻结设计及工程管理 4）、产品的多样性
一、冻结法施工技术概况
• 人工冻结法施工技术分常规冻结和低温冻 结；
• 常温冻结的冻结温度 -35~-25℃； • 低温冻结的冻结温度-180~-70℃左右。
层主要特征的描述、 地质构造及地温、 常规土工试验指标、 冲积层、基岩 中各含水层的特征，地下水流速。 2）人工冻土物理力学性能试验报告。 内容包括：冻胀试验、单轴抗压强度、三轴剪切强度、温度导热系数、热容量、 冻结温度等。 3） 构筑物上下场所地形地貌特征； 4） 构筑物周围永久、临时设施（含管线、建筑物、设备等）布置； 5） 构筑物施工图； 6 ）地区气象资料。
五、冻结法设计及施工组织
冻结法演示稿
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第三章 岩土工程的混凝土帷幕技术理论 §3-1地下连续墙的发展 §3-2连续墙的设计理论研究 §3-3连续墙的施工工艺研究 §3-4 地下连续墙的施工技术 第四章 岩土边坡支护的土钉墙技术 §4-1土钉墙发展现状 §4-2土钉作用机理研究 §4-3土钉墙的稳定理论研究 §4-4土钉墙的设计与施工技术研究
• Kn -----某一计算深度的土层水平侧压力系数。 经验值为：流砂 0.757, 松散土层 0.526, 软地层 0.387, 弱岩层(f=1) 0.164, 中硬岩层(f=1~4) 0.017 , 坚硬岩层(f=4~16) 0.004, 最硬岩层(f=16~20) 0.0012. • (2) 悬浮体理论公式: • p=（nhn + n` hn ` ）Kn + H • 式中 1、 2 · · n ----地下水位以上各土层的容 · 重； • h1、h2· ·n ----地下水位以上各土层的厚度； ·h
• 四. 冻结壁及支护结构设计 • 1. 作用在冻结壁上的荷载：冻结壁的自重、 地层土压力和水压力。 • 作用在支护结构上的荷载: 支护结构的自 重及其上的设备自重，地层的水、土压力， 施工时的冻结压力和吊挂力等。 • 2. 荷载的确定：仍是研究课题，目前应用 的地压计算公式有以下几种： • （1）挡土墙理论分层计算公式： • p=（1h1+ 2h2 +· · nhn ）Kn ·+ • 式中 1、 2 · · n ----各不同土层的容重； · • h 、h · · ----各不同土层的厚度； ·h
墙的不利受力条件，将多个圆 拱或扁拱排列起来组成冻土连续墙。这样可使墙 体中主要出现压应力，同时还可利用未冻土体的 自身拱形作用来改善受力情况。 二．冻结壁设计参数 设计参数有冻土壁厚度，平均温度，布孔参 数，冻结时间。上述参数的计算与整个费用优化， 工期优化有关。 （1）根据冻结壁结构和打钻技术水平选取开孔 距离，钻孔控制偏斜率； （2）根据施工计划和制冷技术和装备水平，初 选盐水温度和积极冻结时间；
冻结法原理及应用PPT文档65页
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
谢谢！
36、自己的鞋子，自己一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
冻结法原理及应用
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
谢谢！
36、自己的鞋子，自己一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
冻结法原理及应用
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
第六章冷冻 ppt课件
第一节 冷冻原理 第二节 食品的冷冻 第三节 食品气调保鲜 第四节 制冷及气调保鲜原理在食品
工业中的应用
1
第一节 冷冻原理
一、制冷的基本原理 二、常用制冷剂和载冷剂 三、食品工业中常用的制冷方法
2
制冷的基本原理
制冷是指从低于环境温度的空间或物 体中吸取热量，并将其转移给环境介质的 过程。实现制冷所必需的机器称为制冷机。 利用制冷技术产生的低温源使产品从常温 冷却降温，进而冻结的操作过程称为冷冻， 它包括制冷和食品冷冻两个部分。
qk h2 h3 （6-4）
式中：qk 为冷凝器中的单位质量制冷剂放热量，kJ/kg。
19
制冷系数:
q0 h1 h4
w0 h2 h1
（6-5）
逆卡诺循环的制冷系数为理想制冷系数，为：
0
Tc Th Tc
（6-6）
式中： 为制冷系数，无因次量；
0为理想制冷系数，无因次量；
普通制冷温
度范围的制
常
蒸气压缩制冷
用
冷
食品工业常用
的
气体绝热膨胀制冷
制
冷
涡流管制冷
方
低温制冷
法
电热制冷
12
（一）单级压缩制冷循环的基本组成
图6-3 氨单级循环制冷流程图
13
（二）单级压缩制冷机的工作过程
来自蒸发器内的低温低压蒸气，经汽液分离器后， 被压缩机吸入气缸内压缩成高压高温的过热蒸气。
然后，经分油器使其中所携带的润滑油分离出来， 再进入冷凝器与冷却水进行热交换后凝结成高压中温的 液态制冷剂并流入贮液器。
3
液态制冷 剂在低温 低压状态 下，吸收 被冷却物 体热量汽 化为低温 低压气体
工业中的应用
1
第一节 冷冻原理
一、制冷的基本原理 二、常用制冷剂和载冷剂 三、食品工业中常用的制冷方法
2
制冷的基本原理
制冷是指从低于环境温度的空间或物 体中吸取热量，并将其转移给环境介质的 过程。实现制冷所必需的机器称为制冷机。 利用制冷技术产生的低温源使产品从常温 冷却降温，进而冻结的操作过程称为冷冻， 它包括制冷和食品冷冻两个部分。
qk h2 h3 （6-4）
式中：qk 为冷凝器中的单位质量制冷剂放热量，kJ/kg。
19
制冷系数:
q0 h1 h4
w0 h2 h1
（6-5）
逆卡诺循环的制冷系数为理想制冷系数，为：
0
Tc Th Tc
（6-6）
式中： 为制冷系数，无因次量；
0为理想制冷系数，无因次量；
普通制冷温
度范围的制
常
蒸气压缩制冷
用
冷
食品工业常用
的
气体绝热膨胀制冷
制
冷
涡流管制冷
方
低温制冷
法
电热制冷
12
（一）单级压缩制冷循环的基本组成
图6-3 氨单级循环制冷流程图
13
（二）单级压缩制冷机的工作过程
来自蒸发器内的低温低压蒸气，经汽液分离器后， 被压缩机吸入气缸内压缩成高压高温的过热蒸气。
然后，经分油器使其中所携带的润滑油分离出来， 再进入冷凝器与冷却水进行热交换后凝结成高压中温的 液态制冷剂并流入贮液器。
3
液态制冷 剂在低温 低压状态 下，吸收 被冷却物 体热量汽 化为低温 低压气体
冻结法ppt课件
加强与其他技术的合，拓展其在不 同领域的应用潜力。
加强实际应用研究，推动冻结法在工 业、医疗等领域的应用。
THANKS
感谢观看
02
冻结法的原理
原理概述
冻结法是一种通过降 低温度使物质从液态 变为固态的过程。
冻结法在食品加工、 冷冻运输和制冷技术 等领域有广泛应用。
在这个过程中，物质 释放出热量，而周围 环境吸收这些热量。
原理细节
01
02
03
04
液态水在冷却到冰点以下时开 始结冰，这个过程是可逆的， 即冰在加热时融化成液态水。
冻结法ppt课件
目 录
• 引言 • 冻结法的原理 • 冻结法的实施步骤 • 冻结法的优势与局限性 • 冻结法的案例分析 • 总结与展望
01
引言
什么是冻结法
冻结法是一种常用的图像处理技术， 通过将图像中的某些部分或全部进行 冻结，使其保持静止或固定状态，以 便进行后续的处理和分析。
冻结法在图像处理中具有广泛的应用 ，例如在视频处理、动态图像分析、 机器视觉等领域中，都可以看到它的 身影。
对某些特殊样本不适用
操作难度较高
对于一些容易发生相变或对冷冻敏感的特 殊样本，冻结法可能不适用。
由于需要精确控制冷冻速度和温度，操作 难度较大，需要专业人员进行操作。
05
冻结法的案例分析
案例一：冻结法在建筑行业的应用
总结词
提高工程质量、降低成本、缩短工期
VS
详细描述
在建筑行业中，冻结法常用于基础工程、 隧道工程等领域。通过在土壤或岩石表面 施加低温，使土壤或岩石冻结成坚硬的冻 土或岩石层，从而提高了工程结构的稳定 性和安全性。这种方法能够降低施工难度 和成本，缩短工期，提高工程质量。
冻结法原理及应用
1 概述
——冻结岩土体的方法
从土体中吸热。
——冻结的作用
含水、松散土体冻结后抗压强度明显提高。
——冻结法处理对象
岩土体中的水 水在冻结过程中将发生明显体积变化
1 概述
——冻结法设计与施工
(1) 根据工程、地质、水文和环境条件进行冻结设计：
——确定冻土结构形式 ——选择制冷方式 ——布置冻结系统 ——确定冻结温度 ——估算冻结时间，等。
σ(MPa)
冻结粉砂
抗压强度
抗拉强度
θ (℃)
1 概述
热物理参数：导温系数、热容、导热系数以及相变潜热等 影响冻土热物理参数因素很多，温度、含水量、孔隙率、矿 物含量、未冻水含量等。确定土热物理参数比较复杂。
静力计算：确保冻土结构在所处工程条件下强度和稳定性 简单方法：将冻土体视为具有弹性模量E的弹性体。 若冻土体极限承载力已知：可直接从破坏状态入手计算 若考虑冻土体处于多向应力状态：其承载性能将有所提高 若安设支护：则承载功能由支护/冻土系统共同承担。 有限元等数值模拟方法在冻土结构中得到了越来越多的应用。 考虑了与实际工程相近的冻土非线性变形性质。
1 概述
我国情况 ➢ 70年代初，北京地铁冻结长90m，垂深28m ➢ 1975年，沈阳地铁2号井 ➢ 上世纪80年代，东海拉尔水泥厂的上料仓基坑；南通建筑物旁
开挖的沉淀池工程 ➢ 1988年，凤台淮河大桥主桥墩基础工程 ➢ 1993年，上海地铁一线1个泵站和3个隧道贯通道结合部 ➢ 1998年，北京地铁热—八线大北窑车站南隧道水平冻结施工，
1 概述
——冻结土体性质的改变 若将含水地层（松散土层和裂隙岩层）在结冰温度下冷却，岩 石裂隙或土孔隙中的水转换成冰，岩土的性质将发生决定性的 变化。这一变化具有双重意义：
井巷特殊施工第二章冻结法节7冻结壁计算课件
第2章 冻结法
§7 冻结壁计算
§7.1轴对称平面应变力学模型计算方法
1）应用弹性厚壁筒的计算方法。
该方法是1852年法国工程师拉麦(me)提出的，他把无限长的厚壁筒， 作为平面变形问题处理。在弹性的、均质的、小变形的厚壁筒受均匀外压力P 作用下得出的应力计算公式：
径向应力： r
b2 p b2 a2
[1 ( a )2 ] r
切向应力： t
b2 p b2 a2
[1 ( a )2 ] r
从上式可见，切向应力总是大于径向应力。当r＝b时，得：
r p
t
b2 b2
a2 a2
p
第2章 冻结法
§7 冻结壁计算
§7.1轴对称平面应变力学模型计算方法
当r＝a时，得：
r 0
t
2b 2
b2 a2
§7.1轴对称平面应变力学模型计算方法
危险点发生在冻结壁的内边缘，即r＝a处，由此得冻结壁内边缘的计算应
力为：
0
b2
3
p
b2 a2
安全工作时的强度条件为：
冻结壁厚度的公式：
b2 3
p [ ]
b2 a2
该公式适用于冻结深度≤100m左右时的冻结壁厚度计算。
Ed a(
[ ] 1) [ ] 3 p
第2章 冻结法
§7 冻结壁计算
§7.1 轴对称平面应变力学模型计算方法 §7.2 轴对称空间问题力学模型计算方法 §7.3 经验公式
第2章 冻结法
§7 冻结壁计算
§7.1轴对称平面应变力学模型计算方法
冻结壁作用：临时支护 厚度取决于地压和冻土强度。 计算方法：轴对称平面应变力学模型；轴对称空间力学模型；数理统计 的经验法。
冷冻技术原理ppt课件
0 0 10 20 30 40 50 60 温度（℃）
ppt课件完整
18
二、低温与酶的活性控制
低温对酶活性并不起完全的抑制作用，酶仍能保持部分活 性，因而，酶催化作用实际上也未停止，在长期的冷藏过 程中，酶的作用仍可使食品变质。 例如，胰蛋白酶在-30℃下仍然有微弱的活性，
脂肪分解酶在-20℃下仍能引起脂肪水解。 一般来说，如将温度维持在-18℃ 以下，酶的活性才 会受到很大程度的抑制。 因此，商业上一般将冻制食品放于-18℃下冻藏，对于 多数冻制食品可贮藏数周至数月。
☞ 在冰点左右，特别在冰点以上，微生物仍然具有一定 的生长繁殖能力，虽只有部分能适应低温的微生物和嗜冷 菌逐渐增长，但最后会导致食品变质。对低温不适应的微 生物则逐渐死亡。这就是高温冷藏食品时仍会出现不耐久 藏的原因。
☞ 稍低于生长温度或冻结温度时对微生物的威胁性最大， 一般为-1～-12℃,尤以-2～-5℃为最甚，此时微生物的活 动会受到抑制或几乎全部死亡。
当温度降低到微生物最低生长温度 时，它们就停止生长并出现死亡。
值得注意的是，低温可以减缓微生 物的生长和活力，并可使部分细菌死 亡，但死亡速度比在高温下缓慢得多。 仅依靠冷是不能使食品杀菌。
不同微生物对低温的敏感性不同，许 多嗜冷菌和嗜温菌的最低生长温度低 于0℃，有的可达-8℃。
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2
长期处在低温中的微生物能产生新的适应性，这是长 期低温培育中自然选育后形成了能适应低温的菌种。这种 微生物对低温的适应性可以从微生物生长时出现的滞后期 缩短的情况加以判断
ppt课件完整
5
（二）低温导致微生物活力减弱和死亡的原因
3、冰晶体引起的机械伤害 细胞内外冰晶体的形成和增大还会使微生物细
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18
二、低温与酶的活性控制
低温对酶活性并不起完全的抑制作用，酶仍能保持部分活 性，因而，酶催化作用实际上也未停止，在长期的冷藏过 程中，酶的作用仍可使食品变质。 例如，胰蛋白酶在-30℃下仍然有微弱的活性，
脂肪分解酶在-20℃下仍能引起脂肪水解。 一般来说，如将温度维持在-18℃ 以下，酶的活性才 会受到很大程度的抑制。 因此，商业上一般将冻制食品放于-18℃下冻藏，对于 多数冻制食品可贮藏数周至数月。
☞ 在冰点左右，特别在冰点以上，微生物仍然具有一定 的生长繁殖能力，虽只有部分能适应低温的微生物和嗜冷 菌逐渐增长，但最后会导致食品变质。对低温不适应的微 生物则逐渐死亡。这就是高温冷藏食品时仍会出现不耐久 藏的原因。
☞ 稍低于生长温度或冻结温度时对微生物的威胁性最大， 一般为-1～-12℃,尤以-2～-5℃为最甚，此时微生物的活 动会受到抑制或几乎全部死亡。
当温度降低到微生物最低生长温度 时，它们就停止生长并出现死亡。
值得注意的是，低温可以减缓微生 物的生长和活力，并可使部分细菌死 亡，但死亡速度比在高温下缓慢得多。 仅依靠冷是不能使食品杀菌。
不同微生物对低温的敏感性不同，许 多嗜冷菌和嗜温菌的最低生长温度低 于0℃，有的可达-8℃。
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2
长期处在低温中的微生物能产生新的适应性，这是长 期低温培育中自然选育后形成了能适应低温的菌种。这种 微生物对低温的适应性可以从微生物生长时出现的滞后期 缩短的情况加以判断
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5
（二）低温导致微生物活力减弱和死亡的原因
3、冰晶体引起的机械伤害 细胞内外冰晶体的形成和增大还会使微生物细
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长45m
1 概述
1.3 工程应用简介
目前，冻结法在地下工程中广泛应用于以下四个领域： —— 立井工程 —— 地基基础 —— 基坑稳定 —— 隧道工程 —— 其他岩土工程
1 总论
1.4 力学与热性质
抗压强度：冻土的主要力学性质
随温度减低，冻土抗压强度 提高； 抗拉强度相对抗压强度较低， 且随温度减低不再增加
冷媒剂循环：与冻结 管相连，将地层热量 带出
冷却水循环：将冷媒 剂携带的热量释放于 大气中
冷却水 节流阀
冷凝器 冷却水循环
冻结地层 制冷循环
冻结管
冷媒剂循环
蒸发器
压缩 机
盐水泵
盐水 制冷剂
冻结法中，制冷剂一般用 氨或氟里昂，冷媒剂通常 用氯化钙溶液（盐水）
2 人工冻结制冷系统
2. 2液化气体系统（液氮）
——冻结法 将这一性质改良后的冻结岩土服务于地下工程施工期内的
承载（结构功能）和密封（材料功能）
1 概述
——环境友好的施工方法 冻结只是临时创造冻土良好的承载、密封性能，为构筑新的地 下空间服务，施工完成后，根据需要可拔除冻结管，冻土将解 冻融化，土将逐渐恢复到未冻结状态。
在冻结法施工中，没有象喷射混凝土时的混凝土、板桩施 工时的钢板或注浆时的浆液材料那些附加物质进入地层。 冻结法不污染环境，是“绿色”施工方法
地下工程
➢ 1979年：美国，地下核电站基坑、直径40m、深6m基础 ➢ 80年代：苏联，城市地铁大厅35座、隧道35项，高l38.5m、重270
00吨大楼基坑开挖支护 ➢ 1962以来：日本，超过300个大型冻结工程，其中有通过河流、铁
路、公路和其它构筑物下的隧道工程、挡土墙工程、与盾构施工有 关的工程等 ➢ 20世纪中叶起：波兰、德国、法国、瑞士、比利时、意大利、奥地 利、挪威、西班牙、芬兰、澳大利亚、法国、荷兰、加拿大等
σ(MPa)
冻结粉砂
抗压强度
抗拉强度
θ (℃)
1 概述
热物理参数：导温系数、热容、导热系数以及相变潜热等 影响冻土热物理参数因素很多，温度、含水量、孔隙率、矿 物含量、未冻水含量等。确定土热物理参数比较复杂。
静力计算：确保冻土结构在所处工程条件下强度和稳定性 简单方法：将冻土体视为具有弹性模量E的弹性体。 若冻土体极限承载力已知：可直接从破坏状态入手计算 若考虑冻土体处于多向应力状态：其承载性能将有所提高 若安设支护：则承载功能由支护/冻土系统共同承担。 有限元等数值模拟方法在冻土结构中得到了越来越多的应用。 考虑了与实际工程相近的冻土非线性变形性质。
主要内容
1 冻结法概述 2 人工冻结制冷系统 3 冻结法原理与设计原则 4 立井工程冻结法 5 斜井冻结法
1 概述
1.1 人工地层冻结法
冻结法定义：
用人工制冷的方法，将待开挖地下空间周围的土体中的水 冻结为冰并与土体胶结在一起，形成一个按设计轮廓的冻 土墙或密闭的冻土体，用以抵抗土体压力、隔绝地下水， 并在冻土墙的保护下，进行地下工程的施工。
1.2 冻结法简史 矿井建设
➢ l862年：英国，率先用冻结法成功进行深基坑开挖围护 ➢ l872年：德国，首先应用于矿井建设。鲁尔区冻结井深超过600 m ➢ 1888年：美国，用于煤矿矿井开挖 ➢ l965年：加拿大，开挖l089米矿井，冻结深度684米 ➢ 1952至l98l年间：北美，用冻结法凿井达29个 ➢ 迄今为止，各国冻结井最大冻结深度：英国930m，美国915m， 波兰860m，加拿大634m，比利时638m，前苏联620m，德国531 m，法国550m，中国702m
1 概述
——方法具备的优点
(1) 安全性好，可有效的隔绝地下水； (2) 适应面广，适用于任何含一定水量的松散岩土层，在复杂水文地质
如软土、含水不稳定土层、流砂、高水压及高地压地层条 件下冻结技术有
效、可行； (3) 灵活性好，可以人为地控制冻结体的形状和扩展范围，必要时 可以 绕过地下障碍物进行冻结； (4) 可控性较好，冻结加固土体均匀、完整； (5) 经济上较合理。
1 概述
——冻结土体性质的改变 若将含水地层（松散土层和裂隙岩层）在结冰温度下冷却，岩石裂隙或土孔隙中的水转换成 冰，岩土的性质将发生决定性的变化。这一变化具有双重意义：
材料：（1）土体中水分冻结，提高一定范围内岩土的强度 （2）减低一定范围岩土体渗透性——创造新工程材料
结构：在普通结构内部构建了新的工程结构。
2 人工冻结制冷系统
2.1氨（氟利昂）－盐水冻结系统
盐水循环系统（冷媒剂循环）
冷媒剂是传递冷效应的物质，又称载冷剂。
氨循环系统（制冷系统）
通过相变循环实现制冷的物质
冷却水循环（冷却水循环）
将热量释放给大气
2.1氨（氟利昂）－盐水冻结系统
制冷技术（制冷系统、冷媒剂循环、冷却水循环） 制冷循环一般包括四个过程：压缩—冷凝—降压—蒸发
(2) 待设计冻土结构形成后，在其保护下进行地下工程的掘进、 支护和设备安装等工作。
1 概述
——冻土的形成
为构造高承载力和密封防水的冻土体，在土中相应位置布置 和施工冻结孔——安设冻结管，通过冻结管中循环的低温冷 媒剂将土体中的热量带出，使地层降温并使土中水结为冰。冻结过程的继续，冻土柱渐渐扩大并相互连接，在预计的冻 结时间后，冻土体达到设计厚度——形成冻土
1 概述
——冻结岩土体的方法
从土体中吸热。
——冻结的作用
含水、松散土体冻结后抗压强度明显提高。
——冻结法处理对象
岩土体中的水 水在冻结过程中将发生明显体积变化
1 概述
——冻结法设计与施工
(1) 根据工程、地质、水文和环境条件进行冻结设计：
——确定冻土结构形式 ——选择制冷方式 ——布置冻结系统 ——确定冻结温度 ——估算冻结时间，等。
1 概述
我国情况 ➢ 70年代初，北京地铁冻结长90m，垂深28m ➢ 1975年，沈阳地铁2号井 ➢ 上世纪80年代，东海拉尔水泥厂的上料仓基坑；南通建筑物旁
开挖的沉淀池工程 ➢ 1988年，凤台淮河大桥主桥墩基础工程 ➢ 1993年，上海地铁一线1个泵站和3个隧道贯通道结合部 ➢ 1998年，北京地铁热—八线大北窑车站南隧道水平冻结施工，
通过流动气体在管系统中进行循环的方式，将地层中的热量 带出，从而制冷，最常用的是液氮（LN2）。
1 概述
1.3 工程应用简介
目前，冻结法在地下工程中广泛应用于以下四个领域： —— 立井工程 —— 地基基础 —— 基坑稳定 —— 隧道工程 —— 其他岩土工程
1 总论
1.4 力学与热性质
抗压强度：冻土的主要力学性质
随温度减低，冻土抗压强度 提高； 抗拉强度相对抗压强度较低， 且随温度减低不再增加
冷媒剂循环：与冻结 管相连，将地层热量 带出
冷却水循环：将冷媒 剂携带的热量释放于 大气中
冷却水 节流阀
冷凝器 冷却水循环
冻结地层 制冷循环
冻结管
冷媒剂循环
蒸发器
压缩 机
盐水泵
盐水 制冷剂
冻结法中，制冷剂一般用 氨或氟里昂，冷媒剂通常 用氯化钙溶液（盐水）
2 人工冻结制冷系统
2. 2液化气体系统（液氮）
——冻结法 将这一性质改良后的冻结岩土服务于地下工程施工期内的
承载（结构功能）和密封（材料功能）
1 概述
——环境友好的施工方法 冻结只是临时创造冻土良好的承载、密封性能，为构筑新的地 下空间服务，施工完成后，根据需要可拔除冻结管，冻土将解 冻融化，土将逐渐恢复到未冻结状态。
在冻结法施工中，没有象喷射混凝土时的混凝土、板桩施 工时的钢板或注浆时的浆液材料那些附加物质进入地层。 冻结法不污染环境，是“绿色”施工方法
地下工程
➢ 1979年：美国，地下核电站基坑、直径40m、深6m基础 ➢ 80年代：苏联，城市地铁大厅35座、隧道35项，高l38.5m、重270
00吨大楼基坑开挖支护 ➢ 1962以来：日本，超过300个大型冻结工程，其中有通过河流、铁
路、公路和其它构筑物下的隧道工程、挡土墙工程、与盾构施工有 关的工程等 ➢ 20世纪中叶起：波兰、德国、法国、瑞士、比利时、意大利、奥地 利、挪威、西班牙、芬兰、澳大利亚、法国、荷兰、加拿大等
σ(MPa)
冻结粉砂
抗压强度
抗拉强度
θ (℃)
1 概述
热物理参数：导温系数、热容、导热系数以及相变潜热等 影响冻土热物理参数因素很多，温度、含水量、孔隙率、矿 物含量、未冻水含量等。确定土热物理参数比较复杂。
静力计算：确保冻土结构在所处工程条件下强度和稳定性 简单方法：将冻土体视为具有弹性模量E的弹性体。 若冻土体极限承载力已知：可直接从破坏状态入手计算 若考虑冻土体处于多向应力状态：其承载性能将有所提高 若安设支护：则承载功能由支护/冻土系统共同承担。 有限元等数值模拟方法在冻土结构中得到了越来越多的应用。 考虑了与实际工程相近的冻土非线性变形性质。
主要内容
1 冻结法概述 2 人工冻结制冷系统 3 冻结法原理与设计原则 4 立井工程冻结法 5 斜井冻结法
1 概述
1.1 人工地层冻结法
冻结法定义：
用人工制冷的方法，将待开挖地下空间周围的土体中的水 冻结为冰并与土体胶结在一起，形成一个按设计轮廓的冻 土墙或密闭的冻土体，用以抵抗土体压力、隔绝地下水， 并在冻土墙的保护下，进行地下工程的施工。
1.2 冻结法简史 矿井建设
➢ l862年：英国，率先用冻结法成功进行深基坑开挖围护 ➢ l872年：德国，首先应用于矿井建设。鲁尔区冻结井深超过600 m ➢ 1888年：美国，用于煤矿矿井开挖 ➢ l965年：加拿大，开挖l089米矿井，冻结深度684米 ➢ 1952至l98l年间：北美，用冻结法凿井达29个 ➢ 迄今为止，各国冻结井最大冻结深度：英国930m，美国915m， 波兰860m，加拿大634m，比利时638m，前苏联620m，德国531 m，法国550m，中国702m
1 概述
——方法具备的优点
(1) 安全性好，可有效的隔绝地下水； (2) 适应面广，适用于任何含一定水量的松散岩土层，在复杂水文地质
如软土、含水不稳定土层、流砂、高水压及高地压地层条 件下冻结技术有
效、可行； (3) 灵活性好，可以人为地控制冻结体的形状和扩展范围，必要时 可以 绕过地下障碍物进行冻结； (4) 可控性较好，冻结加固土体均匀、完整； (5) 经济上较合理。
1 概述
——冻结土体性质的改变 若将含水地层（松散土层和裂隙岩层）在结冰温度下冷却，岩石裂隙或土孔隙中的水转换成 冰，岩土的性质将发生决定性的变化。这一变化具有双重意义：
材料：（1）土体中水分冻结，提高一定范围内岩土的强度 （2）减低一定范围岩土体渗透性——创造新工程材料
结构：在普通结构内部构建了新的工程结构。
2 人工冻结制冷系统
2.1氨（氟利昂）－盐水冻结系统
盐水循环系统（冷媒剂循环）
冷媒剂是传递冷效应的物质，又称载冷剂。
氨循环系统（制冷系统）
通过相变循环实现制冷的物质
冷却水循环（冷却水循环）
将热量释放给大气
2.1氨（氟利昂）－盐水冻结系统
制冷技术（制冷系统、冷媒剂循环、冷却水循环） 制冷循环一般包括四个过程：压缩—冷凝—降压—蒸发
(2) 待设计冻土结构形成后，在其保护下进行地下工程的掘进、 支护和设备安装等工作。
1 概述
——冻土的形成
为构造高承载力和密封防水的冻土体，在土中相应位置布置 和施工冻结孔——安设冻结管，通过冻结管中循环的低温冷 媒剂将土体中的热量带出，使地层降温并使土中水结为冰。冻结过程的继续，冻土柱渐渐扩大并相互连接，在预计的冻 结时间后，冻土体达到设计厚度——形成冻土
1 概述
——冻结岩土体的方法
从土体中吸热。
——冻结的作用
含水、松散土体冻结后抗压强度明显提高。
——冻结法处理对象
岩土体中的水 水在冻结过程中将发生明显体积变化
1 概述
——冻结法设计与施工
(1) 根据工程、地质、水文和环境条件进行冻结设计：
——确定冻土结构形式 ——选择制冷方式 ——布置冻结系统 ——确定冻结温度 ——估算冻结时间，等。
1 概述
我国情况 ➢ 70年代初，北京地铁冻结长90m，垂深28m ➢ 1975年，沈阳地铁2号井 ➢ 上世纪80年代，东海拉尔水泥厂的上料仓基坑；南通建筑物旁
开挖的沉淀池工程 ➢ 1988年，凤台淮河大桥主桥墩基础工程 ➢ 1993年，上海地铁一线1个泵站和3个隧道贯通道结合部 ➢ 1998年，北京地铁热—八线大北窑车站南隧道水平冻结施工，
通过流动气体在管系统中进行循环的方式，将地层中的热量 带出，从而制冷，最常用的是液氮（LN2）。