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摘要
为了掌握富水砂层冻结壁形成过程超声波响应特征,利用NM-4A型非金属声波检测仪对广州地铁三号线北延伸冻结段-16 m层位进行超声波检测。基于此,根据孔隙介质热传导与压力声学理论,提出了人工冻结壁热–声耦合数值模拟方法。获得了富水砂层冻结过程中温度场–声场的演化特征与声学特征值变化规律。掌握了不同冻结锋面位置、孔间未交圈距离与波速之间的定量关系。总结了热–声耦合模型在冻结施工中应用思路与流程。①应用热–声耦合数值模拟方法求解出J1—J2检测孔间的波速准确率为89.7%～96.97%;②超声波由冻土向未冻土的传播过程中反射与折射现象非常明显,根据声波理论计算出J1—J2检测孔间声波平均反射系数为0.278、折射系数为1.278;③冻结早期在未冻土–冻土交界面附近出现明显的声压增高区域,声压场分布不均匀,且声线发生偏移。冻结后期无声压集中现象且声压场分布较均匀;④冻结壁发育过程中,波速随着冻结时间的增加而增加,而峰值声压、声强均随着冻结时间增加呈先减小后增加的趋势;⑤冻结锋面位置、冻结孔间未交圈距离均与波速之间呈非线性单调递增趋势,满足二次函数关系,相关性很好;⑥总结了热–声耦合模型应用思路与流程,可实现冻结壁发育状况的"早期预报、过程监测、效果评价"。
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