矩形樁凍結壁設計的分離變量法的製作方法
2023-08-13 06:52:11
專利名稱：矩形樁凍結壁設計的分離變量法的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種溫度場的檢測方法，特別涉及一種矩形樁凍結壁設計的分離變量 法。
背景技術：
人工地層凍結施工法是利用人工製冷的方法，降低土體的溫度使含水土層形成不 透水的凍土牆，從而在預期要開挖的區域外側構築起穩定且不透水的結構，用此結構來維 護開挖面周圍的土體穩定，抵抗周圍土體壓力和水壓力，防止地下水入侵。今年來人工地層凍結技術越來越多的被應用到複雜地質條件下的煤礦工程、地下 鐵道、建築物基礎工程、港口海岸及近海工程、水工工程等中，尤其是在河岸海岸地區，由於 地下水位埋深較淺而且地層軟弱，在這種複雜環境中施工，正常的施工方法不能維持周圍 土體穩定，人工凍結技術能夠成功的克服在這種特殊環境中施工的各中困難。在國外，美國維斯康森州密沃基市的輸洪大直徑深隧道工程，西班牙瓦倫西亞的 地鐵建設工程，俄羅斯聖彼得堡地鐵工程，德國慕尼黑地鐵工程，日本名古屋市地下輸電隧 道工程等等均成功的應用了凍結法施工。20世紀90年代以來我國先後在北京地鐵「復一 八」線大北窯車站南隧道段，上海地鐵2號線，天津地鐵過子牙河段，上海地鐵8號線曲陽路 站到虹口足球場站區間隧道聯絡通道，潤揚大橋南錨碇基礎施工，廣州地鐵3號線天河客 站折返線等工程中成功應用了人工凍結地層加固技術。凍結法施工的關鍵是凍結壁，凍結 壁的強度和穩定性主要取決於凍結壁的溫度場的特性。在凍結的不同時段，不同土層的溫 度場特性是不同的。凍結管的分布形式不同，溫度場的特徵也是不同的。在施工中往往會 因為凍結壁的整體強度不同，而發生凍結管斷裂，結構物壓裂等造成重大的工程事故，所以 對施工中凍結壁的溫度場進行實時檢測是凍結法施工的關鍵內容。凍結管的分布形式決定 了溫度場的形式，如凍結管排成圓形的其溫度場按圓形排列，凍結管排成矩形時其溫度場 程現不規則的矩形排列。圓形和矩形其溫度場計算的原理形同，計算過程不同。在施工中一般是在凍結器圈徑的內外側設置3— 5個測控，用電阻起測量各個測 溫孔的溫度，溫度轉化為數位訊號傳送至中央處理器依據相應的程序得出整個凍結器的內 外兩側的溫度場並計算出凍結壁的厚度，由此來掌握凍結壁的溫度場的發展狀況。但是在 實踐中採用電阻法測量得到的溫度與實際溫度有偏差，這是因為電阻器在通電時會產生一 部分熱量來抵消實際的溫度，並且隨著時間的推移電阻會由於外界環境的變化而腐蝕等 等，由此影響最終的測量結果。電阻法可以測量大量的數據，其中大量的數據具有重複性， 並且在計算時耗費大量的時間。電阻器不能長時間使用，必須經常更換導致施工中必須多 備這種測量工具，增加了使用成本，所以利用電阻率檢測的數據尚不能完全解決工程實際 問題。
發明內容
本發明是針對現在檢測方法不能完全解決工程實際問題，提出了一種矩形樁凍結壁設計的分離變量法，應用拉普拉斯方程，採用分離變量法適時的計算矩形樁的溫度場的 方法，它能有效的提高準確率，計算簡單易於使用。 本發明的技術方案為一種矩形樁凍結壁設計的分離變量法，具體包括如下步 驟
1)在凍結壁周圈鑽環形孔成一圈或多圈6—15個不等的檢測孔，其深度與樁基同深， 檢測空的直徑為133mm-159mm ；
2)在每個檢測空內放置高靈敏溫度計；
3)測試矩形樁周圈土樣的含水量、密度、熱係數物理參數，保持土的各向同性且物理參 數不變的情況下，將各個檢測孔測得的各組溫度值帶入拉普拉斯方程，求得矩形樁的溫度 場的解析式
4)再將各個解析式的溫度曲線求回歸方程，繪出凍結壁的等溫線圖，從而得到凍結壁 的發育情況。本發明的有益效果在於本發明矩形樁凍結壁設計的分離變量法，採用的數據不 多但是準確，不受其它因素的影響，大大提高了溫度場監測的準確性，在實際的施工中使用 方便，一個工程只需要一次公式的推導，在不同的施工階段只需把不同的數據帶入公式，就 能夠隨時掌握凍結壁的溫度場，為凍結法安全施工提供了保障，具有廣泛的實用性。
具體實施例方式分離變量法計算矩形樁凍結壁的溫度場的方法，其特徵是通過一下步驟實現的 1)為了計算矩形樁凍結壁溫度場的分布規律，在凍結壁周圈鑽環形孔成一圈或多圈的
檢測孔6—15個不等，其深度視樁基而定，一般與樁基同深，檢測空的直徑為133mm-159mm。2)在每個檢測空內放置高靈敏溫度計。3)測試矩形樁周圈土樣的含水量、密度、熱係數等物理參數，保持土的各向同性且 物理參數不變的情況下，將各個檢測孔測得的各組溫度值帶入拉普拉斯方程，求得矩形樁 的溫度場的解析式。溫度場解析式的求解過程為從實際問題中可以得到方程及其邊界條
件
權利要求
1. 一種矩形樁凍結壁設計的分離變量法，其特徵在於，具體包括如下步驟1)在凍結壁周圈鑽環形孔成一圈或多圈6—15個不等的檢測孔，其深度與樁基同深， 檢測空的直徑為133mm-159mm ；2)在每個檢測空內放置高靈敏溫度計；3)測試矩形樁周圈土樣的含水量、密度、熱係數物理參數，保持土的各向同性且物理參 數不變的情況下，將各個檢測孔測得的各組溫度值帶入拉普拉斯方程，求得矩形樁的溫度 場的解析式u(χ,y)=T+
全文摘要
本發明涉及一種矩形樁凍結壁設計的分離變量法，應用拉普拉斯方程，採用分離變量法適時的計算矩形樁的溫度場的方法，它能有效的提高準確率，計算簡單易於使用。採用的數據不多但是準確，不受其它因素的影響，大大提高了溫度場監測的準確性，在實際的施工中使用方便，一個工程只需要一次公式的推導，在不同的施工階段只需把不同的數據帶入公式，就能夠隨時掌握凍結壁的溫度場，為凍結法安全施工提供了保障，具有廣泛的實用性。
文檔編號E02D33/00GK102002958SQ201010538930
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月11日 優先權日2010年11月11日
發明者任旭凱, 尹珍珍, 王明, 王鵬, 陳有亮, 陳薇 申請人:上海理工大學