为探究地下水渗流作用下不同布管方式的冻结温度场时空演化规律,基于多孔介质传热和渗流理论,构建不同布管方式下的渗流数值计算模型,对不同流速条件下的人工地层冻结过程中“群管效应”触发机制进行数值模拟研究。结果表明:当地下水流速为0m/d和5m/d时,双管冻结壁交圈时间分别为93、273h,而流速继续增大则导致冻结壁无法交圈。在不同地下水流速条件下,各工况冻结帷幕向下游扩展面积随着流速的增大逐渐减小,表明水流对流传热作用增强导致冻结锋面扩展速率减慢。当冻结时间达到400h时,在渗流速度为0、5、7、9m/d作用下四管冻结帷幕向下游的扩展距离分别为783、765、745、730mm。相比三管工况一和工况二分别增大8.90%、17.32%、19.83%、20.01%和20.17%、26.14%、27.11%、29.86%。对冻结过程分析发现,增大地下水流速,会推迟交圈时间,但通过合理配置冻结管数量和布局,可以触发多管协同作用而产生的“群管效应”,该效应会加快冻结锋面的扩展速度,缩短冻结壁交圈时间,更加高效地实现冻结目标,提高工程的安全性和稳定性。

国家自然科学基金项目(52378384);安徽省自然科学基金项目(2308085ME188);安徽省博士后科学基金(2022B635);河南省地下工程与灾害防控重点实验室开放基金(KFKT2023-06)

苗思伟,王彬,赵宗,等.地下水作用下人工地层冻结过程中“群管效应”的影响规律研究[J].建井技术,2025,46(1):