地质学论文_大流速渗透地层人工冻结壁形成机制

文章摘要:为解决在大流速渗透地层人工冻结法施工过程中遇到的一系列工程问题，基于自主构建的大型水热耦合物理模型试验系统，对不同流速条件下的人工冻结温度场的发展规律进行室内模型试验研究。试验结果表明：当v=0和3 m/d时，冻结壁在相邻冻结管的中间位置最先交圈，其交圈时间分别为740和840 min；当v=6和9 m/d时，冻结壁最早交圈位置由中间点向下游偏移50 mm，交圈时间分别增加至1 770和4 250 min；通过对试验数据进行拟合，得出渗流场作用下冻结壁交圈时间的预测公式，并计算预测出冻结壁交圈的极限流速为12.73 m/d。渗流场的存在导致冻结壁的厚度发展不均匀，当v=3,6和9 m/d时，冻结壁向下游扩展的半径与上游扩展半径的比值分别为1.17,1.21和1.81。对冻结过程进行分析后发现，当相邻冻结锋面之间的距离减小至临界值Lc后会产生“群管效应”，该效应会加快冻结锋面的扩展速度，缩短冻结壁的交圈时间；由于水流的对流传热作用会抵消部分“群管效应”，因此Lc会随着渗流速度的增加而减小；当流速小于3 m/d时，Lc为400 mm，当流速达到6和9 m/d时，Lc分别减小至154和130 mm。本研究成果可为大流速渗透地层人工冻结孔的布置提供参考，也可为水热耦合数值计算模型提供验证依据。

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项目基金:《力学季刊》 网址: http://www.lxjkzz.cn/qikandaodu/2021/1109/759.html