混凝土水化热对冻结温度场影响的测试与数值分析

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发布时间：2021-09-22

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混凝土水化热对冻结温度场影响的测试与数值分析*
江向阳
(1．安徽理工大学，安徽淮南232001
程桦
2．安徽建筑工程学院，安徽合肥230000)
摘要：针对井筒内衬浇注混凝土水化热对冻结壁温度场影响的工程实际，对井筒浇注混凝土后的
冻结壁温度场进行监测，并应用有限元数值方法进行比较分析。结果表明本文所建立的有限元分析模型
可以比较准确的计算冻结壁温度场的变化规律，对工程实际具有指导意义。
关键词：温度场水化热相变有限单元法
中图分类号：TD265．3 文献标识码：A 文章编号：1O04—4051 (2007)O6一O103-03
Test and Analysis of the Temperature of Ice W all Affected by
Heat of Concrete Hydration
JIANG Xiang-yan CHENG Hua ’。
(1．Auhui University of Science and Technology；Huainan 232001， China
2．Anhui Institute of Archtecture& Industry；Hefei 230022，China)
Abstract：This paper focuses on studies of distribution of temperature filed of ice wall affected by heat
of concrete hydration by testing and the FEM methods．The solution of simulation analysis is com pared with
testing result， which illustrates that models are correct and applicable to engineering．
Key words：temperature field heat of concrete hydration phase transformation finite elem ent m eth—
od
冻结法施工在我国有着广泛的应用。随着岩土
工程的发展，深基础和其它地下工程的不断涌现，
冻结法围护结构以其独特的优越性越来越受到重
视。冻结壁在施工过程中的主要功能是封堵地下水
和承受一定的荷载，以保证施工顺利进行。在冻结
壁内侧一般都采用浇注混凝土作为衬砌。而浇注混
凝土大量的水化热绝大部分都散发到冻结壁中，使
得冻结壁内侧有相当厚度发生解冻。这将严重削弱
冻结壁的强度和稳定性。目前，浇注混凝土水化热
对冻结壁温度场影响的研究非常少。本文采用有限
元方法对冻结井筒施工工程进行分析，较为准确的
预测了冻结壁的温度场，可为冻结壁的可靠性分析
和相关措施设计提供依据。
1 工程概况与测量数据
为了较准确地掌握混凝土水化热对冻结壁的影
响程度及融冻土的回冻规律，对正在施工的煤矿副
井井筒进行混凝土衬砌浇注后冻结壁温度场变化实
收稿日期：2007—02—16
基金项目：安徽省教育厅青年基金项目，项目编号：2005jql105
作者简介：江向阳(1973一)，男，汉，安徽安庆人，安徽理工大
学讲师，硕士，研究方向：地下工程。
测。该井筒开挖荒径为与6．8m，土层性质为粉质
粘土，采用双排冻结管进行冻结，冻结孔布置如图
1所示。根据测温位置的各种环境条件以及工程实
践经验，冻结壁的化冻厚度一般不大于0．3m，在
测点布置时，最远的测试点到混凝土井壁外侧的距
离为0．6m。1号点为混凝土衬砌与冻结壁交界面
处，然后沿径向每0．1m 间隔布置一个测点。在冻
结100d后开始温度测试工作，实测位置在掘进深
度120m处的第48段井壁上，井筒的横截面尺寸
和测点的布置如图2所示。测试时问为7d，温度
测试时工况：井帮温度为一6℃ ，工作面空气温度
为6～8~C，混凝土入模温度为23～25℃ 。测试数
据如表1所示。
2 冻结壁的热传导方程与边界条件
井筒冻结壁的横截面尺寸比其深度方向要小得
多，一般认为冻结壁深度方向上温度相等，不考虑
深度方向上的热传导，所以冻结壁温度场问题简化
为一个平面轴对称问题。一般在冻结壁温度场稳定
之后才浇注混凝土衬砌，考虑到模型的简单通用
性，因此在施工之前的冻结壁温度场可认为是均匀
的，混凝土衬砌的热量向冻结壁和井筒内侧空气中