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地下水含盐量对人工冻结效果影响分析

叶超 李忠超 梁荣柱 肖铭钊 蔡兵华 吴文兵

叶超,李忠超,梁荣柱,等. 地下水含盐量对人工冻结效果影响分析[J]. 水利水运工程学报,2021(2):78-86 doi:  10.12170/20200916001
引用本文: 叶超,李忠超,梁荣柱,等. 地下水含盐量对人工冻结效果影响分析[J]. 水利水运工程学报,2021(2):78-86 doi:  10.12170/20200916001
(YE Chao, LI Zhongchao, LIANG Rongzhu, et al. Analysis of the influence of groundwater salt content on the effect of artificial freezing[J]. Hydro-Science and Engineering, 2021(2): 78-86. (in Chinese)) doi:  10.12170/20200916001
Citation: (YE Chao, LI Zhongchao, LIANG Rongzhu, et al. Analysis of the influence of groundwater salt content on the effect of artificial freezing[J]. Hydro-Science and Engineering, 2021(2): 78-86. (in Chinese)) doi:  10.12170/20200916001

地下水含盐量对人工冻结效果影响分析

doi: 10.12170/20200916001
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(41807262);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(CUG170647);中国博士后科学基金面上资助项目(2019M653308)
详细信息
    作者简介:

    叶 超(1994—),男,安徽滁州人,硕士研究生,主要从事城市地下空间开挖方面研究。E-mail:yechao0916@cug.edu.cn

    通讯作者:

    梁荣柱(E-mail:liangcug@163.com

Analysis of the influence of groundwater salt content on the effect of artificial freezing

  • 摘要: 目前对于人工冻结法的研究主要集中在地下水渗流对冻结效果的影响,未考虑地下水含盐量的影响,对地下水含盐量对冻结效果的影响机制认识不深入。含盐量将会影响地下水的热力学性质,在近海地层和海底进行临时地层冻结加固时,高含盐量地下水将会影响地层冻结效果。基于热流耦合模型,采用COMSOL多场耦合分析软件对双管冻结条件下高含盐量地下水冻结机理展开研究,重点分析冻结温度场、冻结交圈、冻结管间距对冻结效果的影响。研究表明:当地下水含盐量高于4%时,下游的冻结范围受地下水含盐量增加的影响较大。随着地下水含盐量的增加,冻结前期用时较长,积极冻结阶段用时逐渐缩短;当冻结壁完全交圈并冻结完全时,冻结壁中心位置处温度随地下水含盐量的提高而有所升高;冻结管间距的增加将会放大地下水含盐量对冻结的影响。
  • 图  1  数值计算模型及边界条件

    Figure  1.  Numerical calculation model and boundary conditions

    图  2  路径示意

    Figure  2.  Path diagram

    图  3  不同含盐量地层水双管冻结时的温度场分布

    Figure  3.  Double pipe freezing distribution map of water salt content in different formations

    图  4  沿Z路径不同地层水含盐量上下游冻结壁的厚度

    Figure  4.  Wall thicknesses of frozen upstream and downstream of different salt contents of groundwater along Z route

    图  5  沿Z路径地层水不同含盐量冻结温度曲线

    Figure  5.  Freezing temperature curves of groundwater with different salt contents along Z route

    图  6  含盐量为0时冻结阶段示意

    Figure  6.  Freezing stage without salt

    图  7  中点处冻结温度发展曲线

    Figure  7.  Development curve of freezing temperature at the midpoint

    图  8  冻结前两阶段用时

    Figure  8.  Time of the first two stages of freezing

    图  9  冻结完成最终冻结温度

    Figure  9.  Final freezing temperature after freezing

    图  10  不同冻结管间距时的冻结范围分布

    Figure  10.  Distribution of freezing range with different spacings of freezing pipes

    表  1  砂土层主要计算参数

    Table  1.   Main calculation parameters of sandy soil layer

    介质密度/(kg·m−3导热系数/(W·m−1·K−1比热/(J·kg−1·K−1孔隙率
    砂土2 4363.221 0100.185 7
    9202.142 060
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    表  2  不同含盐量盐水主要热力学参数

    Table  2.   Main thermodynamic parameters of brine with different salt contents

    含盐量/%密度/(g·cm−3比热容/(kJ·kg−1·K−1)导热系数/(W·m−1·K−1冰点/℃
    0 1.000 00 4.082 0.59 0
    1 1.005 34 4.079 0.59 −0.26
    2 1.012 46 4.074 0.59 −0.50
    3 1.019 35 3.964 0.59 −1.70
    4 1.026 80 3.958 0.59 −2.60
    5 1.033 40 3.921 0.59 −3.20
    6 1.041 27 3.894 0.59 −3.60
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-09-16
  • 网络出版日期:  2021-02-24
  • 刊出日期:  2021-04-27

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