[發明專利]一種組合地層滲流作用下凍結法模型設計方法及裝置

有效

• 申請號: 201811327032.7
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109344547B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 周潔;李澤垚;肖思奇;王傳鶴;趙文強
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 陳源源

本發明涉及一種組合地層滲流作用下凍結法模型設計方法及裝置，該設計方法具體步驟如下：根據相似原理設計模型的各個相似設計常數，包括幾何相似常數、滲流相似常數和傳熱相似常數；設計模型土體系統；計算模型土體系統的理論滲流量，設計滲流循環系統，并且得到滲流循環系統的控制參數；設計凍結循環系統，進行冷凍循環系統的控制參數的計算設計；設計傳感器的類型以及在模型土體系統中的布局。與現有技術相比，本發明通過建立模型，組合地層設計不同滲流條件，對凍結溫度場，周圍軟黏土的變形場及壓力分布通過傳感器的分布進行模擬監測，為工程控制不均勻變形、防止局部凍脹力過大，增強安全性及優化施工方案等提供參考，具有重大意義。

技術領域

本發明涉及一種巖土工程技術領域，尤其是涉及一種組合地層滲流作用下凍結法模型設計方法及裝置。

背景技術

人工地層凍結法(簡稱“凍結法”)是針對軟黏土地層進行加固的一種有效工法，在我國沿海城市地鐵隧道旁通道、泵房、隧道進出洞及越江通道甚至是跨海隧道的建設中都有著至關重要的作用。在一般軟黏土地層凍結法應用的情況中，地下水的滲流速度非常小，基本不考慮滲流對凍結法的影響，而隨著沿海城市及濱海地區的地下空間不斷向更深處進一步開發，當工程為越江(跨海)隧道、或工程開挖周圍存在溶洞、工程建設在地表/地下水排泄通道附近，或工程開挖鄰近含水層的隔水頂/底板時，滲流對凍結法及周圍環境的影響包括無法及時順利交圈和不均勻沉降等現象越來越明顯。

近幾年在一些特殊工程實踐中發現滲流對凍結法施工存在著影響，但研究集中在凍結效果(溫度場)數值模擬及施工現場應對措施等方面，以傳統的經驗法為主，涉及機理研究的非常少。比如公開號為CN107101924 A的發明專利“監測滲流第凍結溫度場的試驗裝置及方法”，在砂層中的滲流環境下，對溫度場的影響進行試驗，同樣公開號為CN106053522A的發明專利“滲流凍結試驗裝置”，模擬了砂層滲流速度下凍結壁溫度場的變化。

但是以上的技術都存在以下缺點：1、都只能針對單一的砂層進行模擬和研究，并不適用于沿海軟黏土地區軟黏土凍結法應用的研究，砂性地層的凍融特性與黏性土存在非常大的差異性，且滲流的存在條件也區別很大。軟黏土地區凍結法面臨的滲流問題，往往是凍結軟黏土時存在較大滲流邊界，或者滲流排泄區，此時滲流對凍結法溫度場存在著影響的同時，更重要的是凍結法對周圍軟黏土環境的影響評價不確定性增大，且軟黏土在較大凍脹融沉基礎上，不均勻沉降問題、凍脹力分布問題更加顯著。2、都只是提出了一種理論上的實驗模型和操作方式，缺乏針對具體工程對象時，如何根據現場施工狀態，完整地進行模型設計和建立模型的具體應用方法。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種組合地層滲流作用下凍結法模型設計方法及裝置。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種組合地層滲流作用下凍結法模型設計方法，所述的模型包括模型土體系統、滲流循環系統、凍結循環系統和傳感器監測系統，具體步驟如下：

步驟一，根據相似原理設計模型的各個相似設計常數，包括幾何相似常數、滲流相似常數和傳熱相似常數，設計相似設計常數具體步驟包括：

a1.設定一個幾何相似常數，幾何相似常數為施工現場和土體模型的線性尺寸比值，并且綜合考慮研究范圍、邊界效應確定模型整體的尺寸；

a2.根據幾何相似常數獲取模型土體系統的滲流相似常數和傳熱相似常數；

步驟二，根據施工現場和幾何相似常數設計模型土體系統；

步驟三，根據滲流相似常數計算模型土體系統的理論滲流量，設計滲流循環系統，并且得到滲流循環系統的控制參數；

步驟四，設計凍結循環系統，根據凍結循環系統的分布方式和傳熱相似常數進行冷凍循環系統的控制參數的計算設計；