考虑土性参数不确定性的单管冻结温度场分析

王 涛,周国庆

(中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州 221116)

考虑土性参数不确定性的单管冻结温度场分析

王 涛,周国庆

(中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州 221116)

针对冻结法应用中的单管冻结相变热传导问题,考虑土性参数空间上的变异性,将土体传热区域的导热系数和体积比热容模拟为随机场,基于随机场局部平均理论,采用Neumann展开Monte-Carlo随机有限元法对单管冻结随机温度场求解进行了分析,给出了有限元节点温度响应的均值与方差计算公式,根据计算流程框图编写了求解单管冻结温度场的Matlab随机有限元计算程序。通过算例,得到了考虑土性参数不确定的单管冻结温度场统计分布规律,并与将各随机参数视为单一随机变量的情况进行了对比。结果表明:随机场及其局部平均理论能合理考虑土性热学参数空间上的不确定性;土性热学参数模拟为随机场和随机变量获得的温度均值分布规律基本相同;模拟为随机变量得到的温度场变异性偏高,采用随机场建模方法显得更加科学合理。

参数变异性;单冻结管;温度场;随机有限元

Key words:variability of parameters;single freezing pipe;temperature field;stochastic finite element

人工冻结技术是一种特殊的岩土加固技术,它是采用低温盐溶液作为冷媒,在土体内埋设的管道中循环,吸收土体热量,将地层冻结成封闭的结构物——冻结壁,从而达到加固岩土体、隔绝地下水的目的,该技术已经在矿山、隧道、地铁等地下工程中得到广泛应用[1]。……