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《單排管溫度場經(jīng)典公式的修正研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、362科技研究城市道橋與防洪2014年7月第7期單排管溫度場經(jīng)典公式的修正研究、施振東(中鐵十六局集團有限公司北京軌道交通工程建設(shè)有限公司，北京市101100)摘要：Sanger＆Sayles公式廣泛應(yīng)用于單排管人工凍土溫度場的計算，其形式簡單，計算方便，但其計算結(jié)果與實際溫度場存在較大差別。該文采用數(shù)值計算的方法對Sanger＆Sayles經(jīng)典公式在凍結(jié)區(qū)的誤差進行了分析。基于分析結(jié)果，對Sanger&Sayles~典公式進行了修正。關(guān)鍵詞：Sanger＆Say1es公式；修正；溫度場；平均溫度計算中圖分類號：U455．49文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號
2、：1009—7716(2Ol4)07—0362—03第二階段溫度在凍結(jié)區(qū)成直線分布，在未凍結(jié)區(qū)0引言呈對數(shù)曲線分布(見圖2)，并且給出了各個階段在城市地鐵規(guī)劃設(shè)計中，上下行隧道之間通溫度場表達(dá)式。常設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道。聯(lián)絡(luò)通道施工時，不僅需要考第一階段慮自身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和地面建構(gòu)筑物的安全，而且ⅡJ一_■■-，．、，．．＼，要確保主隧道的穩(wěn)定，聯(lián)絡(luò)通道的安全防護系數(shù)1廠、'''，，，，／^、遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如主隧道完備。因此，聯(lián)絡(luò)通道施工時通粥}＼、，_，／＼R一^，．＼／’／l常要對施工區(qū)域土體進行加固處理，以保證施工、__，、～_，’--／t●1的安全及減小對周
3、圍環(huán)境的影響。凍結(jié)法是在地‘層中按預(yù)定間隔埋設(shè)凍結(jié)管，通過其中的冷卻液圖1Sanger&Sayles單排管模型溫度場計算簡化圖循環(huán)，使管周圍地層中的孔隙水以管為中心生成年輪形柱狀圖。近年來，隨著城市地下軌道交通的迅猛發(fā)展，凍結(jié)法工藝已被廣泛應(yīng)用于上海、北京、深圳、杭州等城市地鐵工程施工中。單排管凍結(jié)是目前應(yīng)用較多且理論研究比較成熟的方法，美國學(xué)者Sanger&Sayles基于經(jīng)驗給出了單排管凍土帷幕溫度場的簡化計算方法，并在實際工程中得到一定的應(yīng)用。但該經(jīng)典公式?jīng)]有考慮溫度沿軸面上的變化，使其計算結(jié)果與實際工程存在較大誤差。采用ANSYS軟件分析了
4、單排管溫度場的分布圖2Sanger&Sayles單排管模型溫度分布曲線圖規(guī)律，分析了Sanger&Sayles經(jīng)典公式的主要缺在圖2中，是凍結(jié)管溫度與水的冰點溫度之陷并進行了修正，使其能考慮溫度沿軸面上的變差，計算中取絕對值；。是土體初始溫度與水的化。冰點溫度之差，計算中取絕對值；Z是凍土與未凍1Sanger&Sayles經(jīng)典公式簡介土的分界線與凍結(jié)管軸線之間的距離，即單側(cè)凍土厚度；是距離凍結(jié)管中心距離為z處的土體Sanger&SayIes經(jīng)典公式將單排管溫度場的溫度；是距離凍結(jié)管中心距離為z處的土體溫發(fā)展分為兩個階段(見圖1)：第一階段是凍土柱度
5、；口(珥)是凍結(jié)影響范圍系數(shù)，一般取4．5到5，圍繞單獨的凍結(jié)管發(fā)展；第二階段是凍土柱交圈建議取5，對數(shù)曲線的表達(dá)式如式(1)所列：并隨時間凍土墻不斷發(fā)展變厚。同時，假定第一階段溫度在凍結(jié)區(qū)和未凍區(qū)上成對數(shù)曲線發(fā)展；l哆(1)收稿日期：2014—04—08Sanger&Sayles公式認(rèn)為凍土幾何交圈時，作者簡介：施振東(1975一)男，浙江永康人，高級工程師，從事地下工程施工技術(shù)管理與研究工作。凍土柱體單側(cè)凍土厚度為：6=0．79S／2(S為凍結(jié)管2014年7月第7期城市道橋與防洪科技研究363間距)，如圖2所示；在幾何交圈以后采用式(1)3Sa
6、nger＆Sayles經(jīng)典公式的缺陷和圖2來計算單排凍結(jié)管溫度場分布。在實際工程中，凍結(jié)管的間距一般在0．5m～2單排管凍土溫度場數(shù)值模擬1．5m；凍土帷幕相對厚度采用}表示(為主面￡大型通用有限元軟件ANSYS在熱力學(xué)計算方單側(cè)的最大凍土厚度；z為凍結(jié)管間距)，其值一般控面可以清晰、直觀地反映凍結(jié)壁溫度場情況，與制在0．51．5。為了較好地驗證Sanger&Sayles公工程監(jiān)測結(jié)果比較符合，所以本文采用ANSYS式，分別設(shè)置凍結(jié)管間距為0．5m，1．0m，1．5m，軟件作為數(shù)值分析工具。分別考察其在不同凍結(jié)厚度時的溫度分布，并與溫度場分布是隨時
7、間變化的，且凍土帷幕的Sanger&Sayles公式計算結(jié)果對比分析，整理成厚度也是隨時間逐漸發(fā)展的。為全面了解溫度場如圖5所示。的時空規(guī)律，采用瞬態(tài)導(dǎo)熱模型分析單排管的二維溫度場。模型及參數(shù)的選取如下：(1)單元采用2維4節(jié)點熱實體單元plane55。(2)土體的材料如表l所列。表1土體計算參數(shù)表、贈(3)土體初始溫度為18℃，凍結(jié)管表0面施加：旱枷隨時間變化的荷載(10d降到一26℃；15d降到U．U【J．，lU1，2UZ與凍結(jié)管間距／m一3O)。圖5f-1．5時主面溫度數(shù)值計算結(jié)果與公式對比曲線圖(4)為了充分考慮凍結(jié)法的溫度影響空間，設(shè)定模
8、型大小為：在沿凍結(jié)管布置方向上為『(n—1)從Z=1．5時數(shù)值計算的結(jié)果可知，單排管凍×1+101m，在垂直方向為10m，
