深厚砂黏分界处不同工况下多圈管冻结温度场特性 论文

多圈管冻结壁设计方案是解决深冻结问题的有效方法。为了深入研究深厚砂黏层分界处在不同工况下多圈管冻结温度场特性，研究者进行了细致的实验和数值模拟分析。通过对分界处原黏性土进行XRD试验，并利用ANSYS数值模拟冻结三圈管，对细砂土与膨胀性黏土在冻结管偏斜与不偏斜工况下的温度场冻结壁形成与发展特性进行了对比分析。

研究结果显示，多圈管不偏斜冻结时，细砂层与膨胀性黏土层的冻结壁温度场发展规律表现为规则、对称、有序的特征。在主冻结过程中，中圈管间、内圈管间以及中–外圈管间的冻结交圈过程依次进行。随着冻结时间的增加，中–内圈与中–外圈管间的冻结温度从抛物线型逐渐转变为梯形降温形态，温差逐步减少。内圈管外侧呈现倒八字型的温度场发展形态，而内圈管内侧的降温效果明显优于外圈管外侧。

在冻结管偏斜的情况下，冻结壁温度场的交圈降温表现出不规则的特点，冻结冷锋的交圈叠加具有随机性和离散性。特别是在膨胀性黏土中，冻结壁的形成时间明显滞后，偏斜和土性差异对冻结壁温度的影响都较大，而偏斜对膨胀性黏土的影响尤其显著。这与某矿井冻结法凿井在地层–400米以上砂黏分界处发生的多根冻结管断管事件的情况较为一致。

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