CN115876975A - 一种高温富水隧道液氮降温物理模拟试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本公开属于高温隧道降温模拟试验技术领域，具体涉及一种高温富水隧道液氮降温物理模拟试验装置及方法，采用内置隧道空腔和富水空腔的岩体模型，包括：液氮降温***，包括液氮存储瓶、供液管、液氮循环干管、冻结管、回路管和氮气存储装置；供液管的一端与液氮存储瓶相连通，另一端与置于冻结管内部的液氮循环干管相连通；回路管的一端置于所述冻结管内部，另一端与氮气存储装置相连通；液氮循环干管上设置有若干个排气孔；高温富水模拟***，包括设置在岩体模型外部的加热装置和设置在靠近富水空腔侧的高温供水装置；温度监测***，与液氮降温***和高温富水模拟***电连接，采用若干个呈分布式设置的温度传感器。
Description
技术领域
本公开属于高温隧道降温模拟试验技术领域，具体涉及一种高温富水隧道液氮降温物理模拟试验装置及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
高地温是近些年来我国隧道建设面临的严峻挑战，较高的岩温和高温水均会导致较高温度的施工环境，部分可达90℃以上，对隧道开挖的工作人员造成身体健康上的影响，诱发一系列高温病症，严重降低施工人员的劳动能力，且高温环境下机械设备的故障率频发，隧道施工速率极其缓慢。因此，如何有效降低高地温环境隧道段温度十分重要。对于传统的高地温隧道降温措施，通风降温可带走隧道内热空气，但降温效果有限，在高温的深处隧道需要非常大的风压，运行难度大且成本高；冷水喷雾可有效降低一定范围内温度，但会造成高湿度的隧道环境，不利于施工人员的健康和设备的正常运转；设置冰墙则只能降低周围有效范围的温度，无法对隧道内部进行整体降温。传统的隧道降温方式均具有一定的局限性，且无法对超高温的隧道段进行有效降温。
据发明人了解，对于高温隧道降温方法的研究，需要避免传统降温措施在运用中存在的问题，运用模拟试验能够很好的探究不同方法对高温隧道环境下的降温效果及其运行方式，为方法的实际运用提供理论依据。目前对于高温富水隧道降温的模拟试验较为缺乏，现有模拟试验主要是模拟高温隧道环境，对于高温隧道采用的降温方式多为传统降温方式的运用，无法起到很好的降温效果，且现有模型试验缺乏对于真实高温富水隧道的环境模拟，无法针对性的再现高温富水环境的高温影响。
发明内容
为了解决上述问题，本公开提出了一种高温富水隧道液氮降温物理模拟试验装置及方法，克服现有的高温隧道环境降温技术的不足，通过模拟真实高温富水环境的岩体模型进行降温试验。
根据一些实施例，本公开的第一方案提供了一种高温富水隧道液氮降温物理模拟试验装置，采用如下技术方案：
一种高温富水隧道液氮降温物理模拟试验装置，采用内置隧道空腔和富水空腔的岩体模型，包括：
液氮降温***，包括液氮存储瓶、供液管、液氮循环干管、冻结管、回路管和氮气存储装置；所述供液管的一端与所述液氮存储瓶相连通，另一端与置于所述冻结管内部的液氮循环干管相连通；所述回路管的一端置于所述冻结管内部，另一端与所述氮气存储装置相连通；所述液氮循环干管上设置有若干个排气孔；
高温富水模拟***，包括设置在所述岩体模型外部的加热装置和设置在靠近所述富水空腔侧的高温供水装置；
温度监测***，与所述液氮降温***和所述高温富水模拟***电连接，采用若干个呈分布式设置的温度传感器。
作为进一步的技术限定，所述冻结管***处于所述隧道空腔和所述富水空腔之间的所述岩体模型的隧道掌子面中；所述冻结管的一端置于所述富水空腔的内部，其另一端置于所述隧道空腔的外部边缘。
进一步的，所述置于富水空腔内部的冻结管的一端封闭。
作为进一步的技术限定，所述加热装置内设电连接的温度控制器和加热单元，所述加热单元呈S型设置在导热壳中，所述导热壳设置在所述岩体模型的外部表面。
作为进一步的技术限定，所述隧道空腔呈水平设置；所述富水空腔呈倾斜设置；所述富水空腔的底部密封，上部通过输水管道与所述高温供水装置相连通。
进一步的，所述高温供水装置内设温度控制器和流量调节器，调节通过所述输水管道向所述富水空腔注入水的温度和流量，实现对所述富水空腔的高温水注入。
作为进一步的技术限定，所述温度传感器分别设置在所述岩体模型的内部、所述隧道空腔内壁和所述富水空腔内部；所述设置在所述岩体模型的内部的温度传感器在制作所述岩体模型时预先埋入；所述温度传感器与设置在所述岩体模型外部用于显示实时数据的显示屏电连接。
根据一些实施例，本公开的第二方案提供了一种高温富水隧道液氮降温物理模拟试验方法，采用了第一方案中所提供了一种高温富水隧道液氮降温物理模拟试验装置，采用如下技术方案：
一种高温富水隧道液氮降温物理模拟试验方法，包括：
构筑内置空腔、温度传感器以及预埋冻结管的岩体模型，完成高温富水隧道液氮降温物理模拟试验装置的结构组装；
启动加热装置，在温度监测***的作用下完成所构筑的岩体模型的整体加热；
启动高温供水装置，向富水空腔内注水；
启动液氮降温***，通过设置在液氮存储瓶上的出口阀控制液氮的输入量，在供液管和液氮循环干管的作用下将液氮输送至冻结管内，液氮吸热后汽化为氮气，通过回路管输送到氮气存储装置；
在温度监测***的作用下实时调节液氮的输入量，完成液氮降温试验。
作为进一步的技术限定，在所述液氮降温试验的过程中，基于温度传感器获取岩体模型内部、隧道空腔内壁和富水空腔内部的实时温度，通过显示屏显示所获取的温度，当温度传感器所监测到的温度达到指定温度时，为降低空气对模型的降温效果，需在温度控制器和加热单元的作用下维持温度上的恒定；在降温试验中，通过调节设置在液氮存储瓶上的阀门来控制液氮的输入量，当隧道空腔内壁、岩体模型内部和富水空腔内部的温度降至指定温度之后停止液氮的输入，通过隧道空腔、岩体模型和富水空腔所形成的反馈机制实现岩体模型的均匀降温，完成液氮降温试验。
进一步的，当液氮存储瓶中的液氮通过供液管进入液氮循环干管，液氮循环流动吸热，将液氮汽化转化成氮气，通过冻结管进行降温；同时，所转化的氮气在液氮循环干管上排气孔的作用下进入冻结管，经回路管后再返回氮气存储装置。
与现有技术相比，本公开的有益效果为：
本公开适用于高温隧道降温模拟试验领域，通过内置空腔岩体模型可模拟不同岩体隧道环境，模型内设不同尺寸形状和空间位置的隧道及富水空腔可更加贴合真实隧道开挖环境；通过高温富水模拟***实现对高温隧道的环境模拟，尤其侧重于对高温富水隧道的模拟，通过对岩体模型均匀加热的可控温加热装置及可控高温供水装置使得试验更贴切真实高温富水隧道环境，可模拟不同温度条件下的高温富水隧道环境；液氮降温***可对真实模拟的高温富水环境进行高效降温，大大提高降温速率和降温效果，通过对高温岩体和高温水的高效降温实现隧道空腔内的有效降温，达到整体降温的同步效果，试验可模拟不同降温***的布置和运行方式对降温效果的影响，更贴切真实环境进行降温，且在试验过程中环保无害，降温用液氮及汽化后氮气均对环境无害；温度监测***可实时监测记录岩体模型内各位置的温度，通过实时采集温度数据的变化情况，控制液氮降温***和高温富水模拟***的运行时间和运转方式，形成高效的反馈机制。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1是本公开实施例一中的高温富水隧道液氮降温物理模拟试验装置的结构示意图；
图2是本公开实施例一中的加热装置的结构示意图；
图3是本公开实施例一中的冻结管处局部细节的结构示意图；
图4是本公开实施例二中的高温富水隧道液氮降温物理模拟试验方法的结构框图；
其中，1、岩体模型；2、隧道空腔；3、富水空腔；4、液氮存储瓶；5、出口阀；6、供液管；7、液氮循环干管；8、冻结管；9、回路管；10、氮气存储装置；11、加热装置；12、输水管道；13、高温供水器；14、温度传感器；15、数据连接线；16、线路管；17、数据显示器；18、电热单元；19温度控制器；20、排气孔。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。
本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本实公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。
在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
本公开实施例一提供了一种高温富水隧道液氮降温物理模拟试验装置。
如图1、图2和图3所示的一种高温富水隧道液氮降温物理模拟试验装置，包括岩体模型1、隧道空腔2、富水空腔3、液氮存储瓶4、出口阀5、供液管6、液氮循环干管7、冻结管8、回路管9、氮气存储装置10、加热装置11、输水管道12、高温供水器13、温度传感器14、数据连接线15、线路管16、数据显示器17、电热单元18、温度控制器19和排气孔20；
具体结构如下：
岩体模型1内可预制不同尺寸形状和三维空间相对位置的隧道空腔2和富水空腔3模拟真实隧道开挖环境，制作模型时预埋相应数目的温度传感器14并通过数据连接线15连接至外部数据显示器17。
液氮存储瓶4与供液管6前端连接提供液氮输入环境，通过控制液氮存储瓶4的出口阀5，调整液氮的输出量。供液管6后端在隧道掌子面上冻结管8的封闭式前端与液氮循环干管7连接，输送液氮至液氮循环干管7中进行循环降温。
液氮循环干管7前端与供液管6后端连接，通过供液管6输入的液氮可经由干管进行流动循环，实现液氮的充分利用，提高液氮流动时对于周围环境的降温效果，减少液氮回流过程中造成的冷量损失。液氮循环干管7上设置管道正上方一定间距的排气孔20，当液氮吸收热量汽化后能及时通过排气孔逸出，通过回路管及时排出冻结管8，减少其中热量损耗。
值得说明的是，排气孔20只能够设置在液氮循环干管7的正上方；设置在液氮循环干管7的下侧及周围易使得液氮循环干管7内液氮大量流出至冻结管8内，不利于液氮控制和降温效果的数据分析，易对设备本身造成破坏。
冻结管8前端固定在隧道掌子面，与供液管6、液氮循环干管7和回路管9连接成封闭式，冻结管8后端延伸至富水空腔3内成封闭式。输入液氮汽化后，冻结管8对周围高温岩体和高温水起到良好的降温作用。
回路管9前端通过冻结管8前端封闭口在冻结管8内延伸小段长度，回路管9后端向岩体模型1外延伸一定长度后与氮气存储装置10相连通，用于排出液氮吸热汽化后的氮气，减少热量损耗，保持冻结管内冷量。
加热装置11连接电源，其包括导热外壳、壳内的电热单元18和温度控制器19。接通电源后，装置中电热单元18温度升高，可对岩体模型1进行加热，通过设定温度控制器19，可对模型设定不同加热温度，模拟真实高温岩体隧道环境。
高温供水器13为立式结构，背面通过管道连接水源，正面与输水管道12前端连接提供高温水输入环境，通过控制高温供水器13的输出阀门，调整高温水的输出量。输水管道12后端与岩体模型1侧面管道接口处连接，连通高温供水器13和富水空腔3，将高温供水器13中的高温水输送至富水空腔3内。
温度传感器14在制作模型时预先埋入，通过数据连接线15与数据显示器17连接，能够实时测定岩体内各位置的温度情况，通过数据连接线15将采集的温度信息传输到数据显示器17中；
需要说明的是，所有的温度传感器14均需要通过数据连接线15与数据显示器17相连接；在图1中，为更好地理解试验装置的整体结构，仅仅是画出来部分的温度传感器14与数据显示器17进行连接的数据连接线15；实际的试验装置需要所有的温度传感器14均需要通过数据连接线15与数据显示器17相连接。
数据显示器17为箱式结构，后置数据连接线15接口，通过数据连接线15与温度传感器14连接，接通电源后可对温度传感器14的温度信息进行记录显示。
实施例二
本公开实施例二提供了一种高温富水隧道液氮降温物理模拟试验方法，采用了实施例一中所提供的高温富水隧道液氮降温物理模拟试验装置。
如图4所示的一种高温富水隧道液氮降温物理模拟试验方法，包括：
构筑内置空腔、温度传感器以及预埋冻结管的岩体模型，完成高温富水隧道液氮降温物理模拟试验装置的结构组装；
启动加热装置，在温度监测***的作用下完成所构筑的岩体模型的整体加热；
启动高温供水装置，向富水空腔内注水；
启动液氮降温***，通过设置在液氮存储瓶上的出口阀控制液氮的输入量，在供液管和液氮循环干管的作用下将液氮输送至冻结管内，液氮吸热后汽化为氮气，通过回路管输送到氮气存储装置；
在温度监测***的作用下实时调节液氮的输入量，完成液氮降温试验。
本实施例中所介绍的高温富水隧道液氮降温物理模拟试验方法的具体步骤为：
(1)完成岩体模型的构筑，内设三层排列的27个温度传感器，内设可预制不同尺寸形状和三维空间位置的隧道空腔及富水空腔，使得岩体模型更加贴切真实的高温隧道开挖环境，在岩体模型的前端口预埋连接液氮循环干管的冻结管，在岩体模型上安装加热装置，连接电源，通过供液管连接液氮存储瓶和液氮循环干管，输水管道连接高温供水器和富水空腔，完成整体试验模型的组装；
值得说明的是，在温度传感器的布设过程中，按照一定的规则进行温度传感器的铺设，隧道及富水空腔内需有温度传感器，传感器分布多层，层间距一致，每层传感器之间间距相同；位置不同，对模型内各部分温度变化的情况掌握不同，过大或过小间距会增加数据分析的难度进而影响准确性。
(2)启动加热装置，调节温度控制器，在一定温度下加热岩体模型，利用温度传感器记录温度变化情况，完成岩体模型的整体加热，达到指定温度(该指定温度是根据试验的需要进行设置的，通过温度传感器确定是否达到温度)时调节温度控制器，维持加热装置一定加热温度，减少空气环境对岩体模型的降温效果，直到整个试验结束再停止加热装置；
(3)启动高温供水器，调节水温至指定温度，高温水温度和高温岩体温度可设置相同或不同，通过输水管道向富水空腔内注入高温水，记录注入水的温度和注水量，富水空腔内水量达到充填要求后停止高温水注入；
(4)启动液氮存储瓶，根据试验需求通过设置在液氮存储瓶上的出口阀控制液氮的输入速率，通过供液管将液氮输送至液氮循环干管7内，液氮循环流动吸热后汽化为氮气，冻结管对周围高温岩体和高温水进行降温，氮气通过干管正上方排气孔逸出并从回路管排出到氮气存储装置中；
(5)温度传感器能够实时感应温度的变化，通过数据连接线将数据传输至数据显示器中实时监测液氮通入后岩体模型内各位置的温度变化，当降温试验过程中温度变化较大时减少液氮的输入速率，温度变化较小时增加液氮的输入速率，通过出口阀控制液氮的输入量以保持温度下降的速率，当隧道内温度降至28℃以下、岩体模型和富水空腔内温度降至40℃以下时停止液氮输入，形成高效的反馈机制，使得岩体模型能够均匀降温，当岩体模型内各位置温度降至指定温度时停止液氮的输入，记录温度变化情况，完成液氮降温试验；
(6)试验结束后，将供液管和输水管道取下，倾斜岩体模型，排出注入的高温水，清理干净安全放置。
不同尺寸形状和空间位置的隧道空腔会使得模型内各位置的降温效果不同，富水空腔会影响模型内高温水体积，进而因比热容的原因(水的比热容比较大)影响整体降温效果和模型内不同空间位置上的温度变化；因此，基于本实施例中的记载，可设置一定尺寸形状和三维空间位置的隧道空腔，也可设置不同尺寸形状和不同倾斜角度的富水空腔，完成试验模型组装。
基于本实施例的记载，可以对加热装置设置不同的指定温度控制高温岩体温度、对高温供水器设置不同的高温水温度，以模拟不同高温富水环境下的***降温效果。
基于本实施例的记载，可以在液氮降温***中设置不同的液氮输入速率、各部件相对岩体模型的不同三维空间位置、冻结管等管道设置不同尺寸形状及空间位置、设置停止液氮降温***反馈机制，维持一定液氮输入速率，以模拟不同降温***布置和运行方式对降温效果的影响。
本实施例模拟真实高温富水隧道环境，加热装置使得岩体模型得到均匀的升温，高温供水器能够调节注入高温水的温度和流量，液氮存储瓶连接供液管向液氮循环干管定量输送氮气，为冻结管周围高温岩体和高温水降温，岩体模型内部安装的温度传感器采集温度变化信息，通过数据连接线将信息传输到数据显示仪器上，保证实验过程中的数据记录。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种高温富水隧道液氮降温物理模拟试验装置，采用内置隧道空腔和富水空腔的岩体模型，其特征在于，包括：
液氮降温***，包括液氮存储瓶、供液管、液氮循环干管、冻结管、回路管和氮气存储装置；所述供液管的一端与所述液氮存储瓶相连通，另一端与置于所述冻结管内部的液氮循环干管相连通；所述回路管的一端置于所述冻结管内部，另一端与所述氮气存储装置相连通；所述液氮循环干管上设置有若干个排气孔；
高温富水模拟***，包括设置在所述岩体模型外部的加热装置和设置在靠近所述富水空腔侧的高温供水装置；
温度监测***，与所述液氮降温***和所述高温富水模拟***电连接，采用若干个呈分布式设置的温度传感器。
2.如权利要求1中所述的一种高温富水隧道液氮降温物理模拟试验装置，其特征在于，所述冻结管***处于所述隧道空腔和所述富水空腔之间的所述岩体模型的隧道掌子面中；所述冻结管的一端置于所述富水空腔的内部，其另一端置于所述隧道空腔的外部边缘。
3.如权利要求2中所述的一种高温富水隧道液氮降温物理模拟试验装置，其特征在于，所述置于富水空腔内部的冻结管的一端封闭。
4.如权利要求1中所述的一种高温富水隧道液氮降温物理模拟试验装置，其特征在于，所述加热装置内设电连接的温度控制器和加热单元，所述加热单元呈S型设置在导热壳中，所述导热壳设置在所述岩体模型的外部表面。
5.如权利要求1中所述的一种高温富水隧道液氮降温物理模拟试验装置，其特征在于，所述隧道空腔呈水平设置；所述富水空腔呈倾斜设置；所述富水空腔的底部密封，上部通过输水管道与所述高温供水装置相连通。
6.如权利要求5中所述的一种高温富水隧道液氮降温物理模拟试验装置，其特征在于，所述高温供水装置内设温度控制器和流量调节器，调节通过所述输水管道向所述富水空腔注入水的温度和流量，实现对所述富水空腔的高温水注入。
7.如权利要求1中所述的一种高温富水隧道液氮降温物理模拟试验装置，其特征在于，所述温度传感器分别设置在所述岩体模型的内部、所述隧道空腔内壁和所述富水空腔内部；所述设置在所述岩体模型的内部的温度传感器在制作所述岩体模型时预先埋入；所述温度传感器与设置在所述岩体模型外部用于显示实时数据的显示屏电连接。
8.一种高温富水隧道液氮降温物理模拟试验方法，采用了如权利要求1-7中任一项所述的高温富水隧道液氮降温物理模拟试验装置，其特征在于，包括：
构筑内置空腔、温度传感器以及预埋冻结管的岩体模型，完成高温富水隧道液氮降温物理模拟试验装置的结构组装；
启动加热装置，在温度监测***的作用下完成所构筑的岩体模型的整体加热；
启动高温供水装置，向富水空腔内注水；
启动液氮降温***，通过设置在液氮存储瓶上的出口阀控制液氮的输入量，在供液管和液氮循环干管的作用下将液氮输送至冻结管内，液氮吸热后汽化为氮气，通过回路管输送到氮气存储装置；
在温度监测***的作用下实时调节液氮的输入量，完成液氮降温试验。
9.如权利要求8中所述的一种高温富水隧道液氮降温物理模拟试验方法，其特征在于，在所述液氮降温试验的过程中，基于温度传感器获取岩体模型内部、隧道空腔内壁和富水空腔内部的实时温度，通过显示屏显示所获取的温度，当温度传感器所监测到的温度达到指定温度时，为降低空气对模型的降温效果，需在温度控制器和加热单元的作用下维持温度上的恒定；在降温试验中，通过调节设置在液氮存储瓶上的阀门来控制液氮的输入量，当隧道空腔内壁、岩体模型内部和富水空腔内部的温度降至指定温度之后停止液氮的输入，通过隧道空腔、岩体模型和富水空腔所形成的反馈机制实现岩体模型的均匀降温，完成液氮降温试验。
10.如权利要求9中所述的一种高温富水隧道液氮降温物理模拟试验方法，其特征在于，当液氮存储瓶中的液氮通过供液管进入液氮循环干管，液氮循环流动吸热，将液氮汽化转化成氮气，通过冻结管进行降温；同时，所转化的氮气在液氮循环干管上排气孔的作用下进入冻结管，经回路管后再返回氮气存储装置。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117779742A (zh) * | 2024-02-23 | 2024-03-29 | 中国建筑第六工程局有限公司 | 富水地区冻结-降水结合的分区定向注浆***及注浆方法 |
Citations (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0743067A (ja) * | 1993-07-27 | 1995-02-10 | Kindai Techno Res Kk | 凍結乾燥装置 |
| RU2008100722A (ru) * | 2008-01-09 | 2009-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежская государственная технологическая акад | Установка криозамораживания в псевдоожиженном слое |
| CN101871714A (zh) * | 2010-06-24 | 2010-10-27 | 宁波明欣化工机械有限责任公司 | 抽真空循环水冷却工艺*** |
| CN106680129A (zh) * | 2017-02-24 | 2017-05-17 | 新华水力发电有限公司 | 岩样循环干湿冻融环境模拟及损伤劣化测试装置及其方法 |
| CN106706697A (zh) * | 2016-12-13 | 2017-05-24 | 常州工学院 | 模拟地下水流动作用下预降温冻结法施工的模型试验装置 |
| CN107476807A (zh) * | 2017-10-10 | 2017-12-15 | 中国平煤神马能源化工集团有限责任公司 | 一种煤层坚硬顶板致裂弱化方法 |
| CN207488088U (zh) * | 2017-11-23 | 2018-06-12 | 中南大学 | 模拟二维加载液氮降温巷道开挖卸荷的试验装置 |
| CN110094207A (zh) * | 2019-05-23 | 2019-08-06 | 王海霖 | 一种低温氮气循环制冷的人工地层冻结***及方法 |
| WO2019214007A1 (zh) * | 2018-05-23 | 2019-11-14 | 安徽理工大学 | 多参数动态采集的人工地层冻结的实验装置与实验方法 |
| CN111119829A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-05-08 | 中国矿业大学 | 一种利用液氮冷冲击及相变气体循环损伤的煤层增透方法 |
| CN112213348A (zh) * | 2020-09-14 | 2021-01-12 | 同济大学 | 一种含联络通道的地下区间人工冻融试验装置及方法 |
| CN112922661A (zh) * | 2021-02-09 | 2021-06-08 | 中铁隧道局集团有限公司 | 一种用于高地热地区深长竖井隧道的降温方法和*** |
| CN113376357A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-09-10 | 长安大学 | 模拟极端环境下隧道衬砌变形破坏的试验装置及方法 |
| CN114002053A (zh) * | 2021-11-04 | 2022-02-01 | 湖南水利水电职业技术学院 | 冻融和加载同步试验装置及试验方法 |
| US20220064347A1 (en) * | 2018-11-19 | 2022-03-03 | Shandong University | Expansive polymer grouting material for treating high-pressure large-flow-rate karst water inrush and preparation method thereof |
| CN217031715U (zh) * | 2021-12-08 | 2022-07-22 | 合肥江航飞机装备股份有限公司 | 一种具有调节功能液氮制冷装置 |
| CN115308022A (zh) * | 2022-08-03 | 2022-11-08 | 北京交通大学 | 一种地铁联络通道冻结模拟试验*** |
-
2022
- 2022-11-23 CN CN202211475242.7A patent/CN115876975A/zh active Pending
Patent Citations (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0743067A (ja) * | 1993-07-27 | 1995-02-10 | Kindai Techno Res Kk | 凍結乾燥装置 |
| RU2008100722A (ru) * | 2008-01-09 | 2009-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежская государственная технологическая акад | Установка криозамораживания в псевдоожиженном слое |
| CN101871714A (zh) * | 2010-06-24 | 2010-10-27 | 宁波明欣化工机械有限责任公司 | 抽真空循环水冷却工艺*** |
| CN106706697A (zh) * | 2016-12-13 | 2017-05-24 | 常州工学院 | 模拟地下水流动作用下预降温冻结法施工的模型试验装置 |
| CN106680129A (zh) * | 2017-02-24 | 2017-05-17 | 新华水力发电有限公司 | 岩样循环干湿冻融环境模拟及损伤劣化测试装置及其方法 |
| CN107476807A (zh) * | 2017-10-10 | 2017-12-15 | 中国平煤神马能源化工集团有限责任公司 | 一种煤层坚硬顶板致裂弱化方法 |
| CN207488088U (zh) * | 2017-11-23 | 2018-06-12 | 中南大学 | 模拟二维加载液氮降温巷道开挖卸荷的试验装置 |
| WO2019214007A1 (zh) * | 2018-05-23 | 2019-11-14 | 安徽理工大学 | 多参数动态采集的人工地层冻结的实验装置与实验方法 |
| US20220064347A1 (en) * | 2018-11-19 | 2022-03-03 | Shandong University | Expansive polymer grouting material for treating high-pressure large-flow-rate karst water inrush and preparation method thereof |
| CN110094207A (zh) * | 2019-05-23 | 2019-08-06 | 王海霖 | 一种低温氮气循环制冷的人工地层冻结***及方法 |
| CN111119829A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-05-08 | 中国矿业大学 | 一种利用液氮冷冲击及相变气体循环损伤的煤层增透方法 |
| CN112213348A (zh) * | 2020-09-14 | 2021-01-12 | 同济大学 | 一种含联络通道的地下区间人工冻融试验装置及方法 |
| CN112922661A (zh) * | 2021-02-09 | 2021-06-08 | 中铁隧道局集团有限公司 | 一种用于高地热地区深长竖井隧道的降温方法和*** |
| CN113376357A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-09-10 | 长安大学 | 模拟极端环境下隧道衬砌变形破坏的试验装置及方法 |
| CN114002053A (zh) * | 2021-11-04 | 2022-02-01 | 湖南水利水电职业技术学院 | 冻融和加载同步试验装置及试验方法 |
| CN217031715U (zh) * | 2021-12-08 | 2022-07-22 | 合肥江航飞机装备股份有限公司 | 一种具有调节功能液氮制冷装置 |
| CN115308022A (zh) * | 2022-08-03 | 2022-11-08 | 北京交通大学 | 一种地铁联络通道冻结模拟试验*** |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117779742A (zh) * | 2024-02-23 | 2024-03-29 | 中国建筑第六工程局有限公司 | 富水地区冻结-降水结合的分区定向注浆***及注浆方法 |
| CN117779742B (zh) * | 2024-02-23 | 2024-05-17 | 中国建筑第六工程局有限公司 | 富水地区冻结-降水结合的分区定向注浆***及注浆方法 |
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