单圈孔矩形布置的大断面冻结稳态温度场解析解

摘要：

温度场是人工冻结理论的重要研究方向,也是评估冻结壁力学状态和封水性能的基础.对于周圈封闭布管形式的温度场,目前仅有规则环形条件下的解析解,包括单圈布置和双圈布置.但实际冻结工程中冻结管矩形布置也十分常见,特别是地铁车站冻结暗挖工程,其温度场尚无解答.根据冻结管矩形和环形布置的几何一致性,基于4根冻结管模型首先提出了矩形布管问题的"以圆代方"求解方法.进而结合稳态导热控制方程的边界可分离特性和势函数叠加原理,求解了 8根管矩形布置和多根管广义矩形布置的温度场解析解.通过对比瞬态数值计算结果和模型试验结果,验证了解析求解方法的正确性和解析解的适用性.结果表明,矩形布管的温度场等值线在靠近冻结管圈径处显示出高度的矩形分布特征,随着计算点远离冻结圈,等温线逐渐向圆形转化.矩形冻结壁内侧发展速度大于外侧,内外0℃线内温度场受矩形布管影响显著,在冻结设计时应合理考虑冻结管布置形状对冻结壁几何特征的影响.

关键词：地层冻结、矩形布管、温度场、解析解、数值模拟、模型试验

所属期刊栏目：45

分类号：TU445;TK124(土力学、地基基础工程)

资助基金：国家自然科学基金52108386

在线出版日期：2023-08-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：1653-1663