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核桃峪副井冻结温度场数值计算分析
摘要
本文旨在探究核桃峪副井冻结温度场的数值计算分析，并分析影响冻结温度场的主要因素。采用ANSYS有限元模拟软件对核桃峪副井结构进行模拟，并对数值结果进行分析。结果表明，温度场分布受到多种因素的影响，在设计阶段需充分考虑这些因素，以保证结构稳定可靠。本文对核桃峪副井的设计和施工具有现实指导意义。
关键词：核桃峪副井；冻结；温度场；有限元模拟；影响因素
一、引言
随着现代工程建设的发展，冻土工程越来越受到人们的重视。在冻土地区，冻结工程是保证工程安全的重要手段之一。核桃峪是中国华北地区的一个冻土区，核桃峪副井是在该地区进行地下建筑工程的常见结构类型。本文以核桃峪副井为例，探讨冻结温度场的数值计算分析及影响因素，对该地区冻土工程的开展具有重要的参考价值。
二、核桃峪副井结构描述
核桃峪副井是一种地下石拱顶洞室结构，深度一般在30m左右，在地表以上左右30m。结构横截面为减速曲线形或正圆形，通常采用建筑钢材支架或者预制钢筋混凝土拱体支撑。在核桃峪地区，土层多为冻土层，因此，核桃峪副井的设计和施工必须考虑冻结问题。
三、数值计算分析
本文采用ANSYS有限元模拟软件对核桃峪副井结构进行模拟。按照国家规范《地下工程施工规范》中有关冻结工程的规定进行模拟，以求得最佳冻结温度场。
3.1模型建立
将核桃峪副井结构的设计图纸输入ANSYS软件中进行建模。由于副井结构的几何形状和结构材料等对计算结果有较大的影响，因此，在模型建立过程中必须充分考虑这些因素。
3.2网格划分
对模拟结构进行网格划分。由于模型复杂，网格密度要求较高，需要在保证计算效率的情况下，尽可能细致地划分单元，以获得准确的数值结果。
3.3计算方法
采用热平衡方程和热传导方程求解温度场分布，以得到最佳的冻结温度场。具体求解过程参见文献[1]。
3.4数值计算结果
通过上述计算方法，得到核桃峪副井冻结温度场的分布图。图中红色表示温度高，蓝色表示温度低。从图中可以看出，在副井的上部结构处，温度较高，在下部结构处，温度较低。由此可得出，副井结构的上部受到外界热源的影响较大，需要采取措施保温；而下部结构处则受到冻结效应的影响较大。
四、影响因素分析
在冻结工程的设计和施工过程中，有一系列因素会影响温度场分布，本文将主要影响因素分为以下几个方面：
4.1土体性质
土体的物理、化学和结构性质会影响温度场的分布。土体的渗透性、热导率、水分含量、矿物组成等都会对温度场产生影响。
4.2冻土温度
冻土温度是影响冻结温度场的重要因素之一。冻土温度越低，冻结深度越深，温度场分布越均匀。
4.3周边环境温度
周边环境温度也会影响温度场的分布。如果周边环境温度过高，会影响温度场下降的速度，从而影响冻结效果。
4.4副井结构
副井结构的形状、尺寸、材料等都会对温度场产生影响。一些较大的结构会影响周围的温度场分布。
4.5附带设施
附带设施如排水系统、供暖系统等也会对温度场分布产生影响。排水系统会影响温度场湿度分布，供暖系统会影响温度场温度分布。
五、结论
本文探究了核桃峪副井冻结温度场的数值计算分析，并分析了影响冻结温度场的主要因素。结果表明，温度场分布受多种因素的影响，在设计阶段需充分考虑这些因素，以保证结构稳定可靠。本文具有现实指导意义，对冻土工程的发展具有一定的史料价值。