一、昆仑山隧道施工期间围岩冻融圈的初步研究(论文文献综述)
王成,马莲霞,骆丽珍,韩风雷,秦臻[1](2021)在《多年冻土区隧道施工过程中围岩融化圈变化规律研究》文中研究指明多年冻土区隧道在施工过程中围岩受施工热源的影响形成融化圈,在季节性冻融作用下,会造成衬砌表面开裂、剥落、覆冰等冻害。因此,减少施工对冻土原始地温场的扰动是寒区隧道施工的重要控制因素之一。本文以青藏高原风火山隧道为背景,结合实际施工工况、环境温度及地温数据,基于传热学理论,利用数值仿真开展隧道开挖暴露时间、初支施作时机、贯通后有无保温层、气候变暖等因素下隧道围岩融化圈变化规律研究。结果表明:与无支护阶段相比,有初期支护隧道围岩融化圈深度在30 d内减少了25.6%,融化圈发生时间推迟了6 d左右,及时施作初支可有效减小隧道融化范围;隧道围岩融化圈呈月牙形分布,内侧线扩大速率大于外侧线减小速率,施工引起的热扰动对隧道围岩的回冻有显着影响。考虑气候变暖因素,提出铺设5 cm厚保温层能有效抑制围岩出现季节性冻融圈。
王佩勋,何肖云峰,姜怡林,吴昊南,李福海[2](2021)在《高寒地区隧道冻害问题及其防治措施综述》文中指出高寒地区隧道在施工、运营过程中常常会受到冻害影响,针对这一工程难题,检索了近几十年国内外相关文献与资料,介绍了国内外大量高寒、高海拔地区遭受冻害的隧道工程实例,总结了隧道冻害机理、影响因素以及隧道冻害防治技术的主要方法和手段。分析了目前隧道防冻研究存在的不足,并对未来隧道冻害防治的研究方向和研究内容提出了建议与展望,以期为更好地解决高寒地区隧道的冻害问题和保证隧道结构与混凝土材料的耐久性提供参考与建议。
韩磊磊[3](2020)在《冻融作用下寒区隧道洞口基底变形及防治技术研究》文中认为近年来,伴随着我国经济的高速发展,基础设施建设的规模不断扩大,我国在寒冷地区修建了许多铁路隧道和公路隧道。相对于一般地区,寒冷地区修建隧道技术要更加复杂,其中最主要的一个问题是寒区隧道普遍受到季节性冻融、冻胀的影响,这种循环往复的冻融将持续给隧道结构造成破坏。隧道洞口附近衬砌及围岩始终受到外界气候条件变化的影响,又受到隧道洞内空气的温度的影响,更容易因温度场影响而引起结构破坏,洞口附近比洞内段更容易发生冻害。因此,寒区隧道研究的重点就是洞口段。本文在总结了国内外学者有关于寒区隧道温度场研究成果,收集数值模拟资料,以及冻害防治资料的基础上,结合西藏某寒区隧道的工程背景,通过有限元软件仿真计算,研究了对寒区隧道洞口基底的温度场,并总结了温度的分布情况及基底的变形,并对防治措施进行了研究,主要内容与结果如下:根据热力学和弹塑性力学基本理论知识,类比一般材料的热胀冷缩原理,得到了冻土的线膨胀计算方法。推导得到了随时间变化的隧道温度场的有限元方程和多年冻土隧道水冰相变的应力-应变关系,并建立了寒区隧道二维热学、力学数值计算模型。在全球气候变暖的前提下,通过有限元计算得出了隧道温度场在未来50年内的变化情况,计算出了具有代表性年份的隧道洞口基底处的融沉深度。而且这种融沉深度会随着气候变暖的情况下变得越来越深,并分析了围岩温度与隧道纵向深度的变化情况。通过温度场与位移场的耦合计算可知:加载温度第一年,基底处围岩最大融沉变形为50mm,基底处围岩最大冻胀变形为80mm,随着全球气温逐年升高的气候条件下,融沉深度增大,融沉变形不断增加。介绍了常见的寒区隧道洞口基底变形防治措施,保温层铺设方式和常见保温层材料种类,计算分析了寒区隧道洞门处在铺设保温层情况下的温度场分布,研究分析了保温层在不同厚度条件下的保温效果,计算出10年间隧道基底围岩温度分布情况,与没有铺设保温层的情况进行对比,最大融沉深度有了明显的减小。在初期支护和二次衬砌之间铺设5cm厚的硬质聚氨酯保温板围岩仍会发生融沉破坏。铺设8cm厚的保温板时,衬砌底部的多年冻土始终处于负温,融沉圈保持在衬砌范围内,达到了保护多年冻土的目的,确保了隧道基底的稳定。
张秋辉[4](2020)在《渐冻隧道现象及其引起的隧道病害解决对策研究》文中认为寒区隧道现行设计方法是基于隧道开挖前的冻土状态,按季节冻土段、多年冻土段、非冻土段进行分段设计的,并认为各分段之间的界限基本不变。但负年平均气温区的局部多年冻土隧道和非多年冻土隧道在贯通运行后,洞内气温会逐渐降低,非冻土段围岩会沿隧道径向和纵向逐渐冻结产生新生多年冻土,引起隧道渐冻而形成“渐冻隧道”。隧道渐冻后改变了围岩的冻融状态,原来的分段设计方法便不再适用,将导致防排水系统失效、衬砌冻胀开裂等病害,数十年后全球变暖影响又会产生冻土渐融而引发围岩失稳等病害。本文依托国家自然科学基金面上项目(51778475),在大量收集整理负年平均气温区已建隧道资料的基础上,采用统计对比、理论分析、工程资料调研等研究手段,在研究揭示渐冻隧道现象的基础上,论述渐冻隧道的演化模式,分析隧道渐冻渐融时的潜在病害,并提出渐冻隧道衬砌结构、隔热保温及防排水系统的病害解决对策。本文主要开展以下研究工作:1)收集整理负年平均气温区已建隧道外的气温、地面温度、隧道内气温随纵向的变化、围岩界面温度、围岩冻融变化等资料,研究它们之间的关系,着眼于负年平均气温区这个关键温度点,分析局部多年冻土隧道内温度沿横向、纵向的发展规律,研究揭示渐冻隧道现象及其演化模式;2)研究总结负年平均气温区隧道衬砌结构防抗冻、隔热保温和防排水系统的设计思路和方法,分析研究隧道渐冻和渐融情况下衬砌结构防抗冻、隔热保温系统及防排水系统的潜在病害;3)基于渐冻隧道现象及其潜在病害,研究考虑隧道渐冻和渐融条件下的衬砌结构防抗冻、隔热保温系统及防排水系统的病害解决对策;4)以天山胜利隧道为依托工程进行案例分析,分析当前设计存在的问题与不足,并提出考虑渐冻影响的改进方案。
严健[5](2019)在《高海拔寒区特长公路隧道冻胀特性及防冻研究》文中研究指明四川和西藏两省区作为三大国家战略中“一带一路”和“长江经济带”的重要战略交汇点,交通基础设施的建设具有十分重大的意义。加快川藏铁路、藏区高速公路等快速进出藏区通道的建设以及对现有进藏大通道的改扩建工作已成为迫切的战略需求。在上述工程中,高海拔寒区特长隧道屡见不鲜,其中穿越冻土和冻岩地层的隧道修建已成为工程中面临的重要难题。本论文依托多座典型高海拔寒区特长公路隧道,并主要以国道317线(川藏公路北线)新建雀儿山隧道为研究对象,采用现场调研、文献调查、理论分析、数值模拟、现场试验和原位测试等综合手段,对寒区特长公路隧道冻土和冻岩地层下隧道施工期、运营期围岩-结构冻胀特性和防冻问题进行研究,并取得了以下研究成果:(1)调研并比较分析了典型高海拔寒区特长隧道的围岩和构成分布、地质和水文特点、寒区气候指标特征;探明了高海拔特长公路隧道冻害与进洞里程、围岩类型、通风及地下水等因素的相关性;就特长隧道不同地层时的冻害成因、冻害特征,冻胀机理、冻胀破坏模型进行了概括;讨论了冰碛冻土和裂隙花岗岩隧道冻胀性分级标准,并应用上述标准对典型高海拔寒区隧道进行了冻胀性分级。(2)对隧道贯通前后隧道洞内外温度场、围岩-结构温度场和风场进行了长期系统的现场测试,揭示了高海拔寒区特长公路隧道低温大风成因;利用SST湍流模型分析,探明了不同通风方式,特别是运营期平导压入通风方式下寒区特长公路隧道主洞、平导和横通道中温度场和风场的时空分布变化规律。(3)对雀儿山隧道进出口段冰碛地层冻土热力学参数取值方法进行了研究,得到了冰碛地层季冻土物理特性和温度特性,同时,以冻融圈冻胀理论为依据,利用数值计算得到了冰碛地层围岩温度场随埋深和时间的冻融规律,并就隧道冻胀力、冻胀变形量进行了计算;设计了针对冰碛地层隧道的“温度+冻胀压力+冻胀应力”原位测试方案,通过现场试验验证进一步明确了冻胀作用时冰碛地层-衬砌结构的冻胀特性。(4)通过施工检测就衬砌背后空洞、不密实等缺陷进行了统计,利用热液固耦合计算得出空洞存水冻胀时,随着未冻水体积含量、存水空间大小、存水空间位置变化所导致的冻胀力及相应的结构冻胀应力、损伤和变形发展规律;同时计算得出了裂隙花岗岩不同裂隙倾角、间距等工况下裂隙水冻胀对结构内力、变形的影响,最后,通过原位测试及与前人研究成果的比较验证,进一步明确了寒区隧道空洞及裂隙共存花岗岩在冻胀作用时围岩-衬砌结构的冻胀特性。(5)分别就高海拔寒区特长隧道通风升温系统以及不同地层施工防冻措施进行了研究,并就运营期隧道洞口端保温隔热材料选型、厚度和设防范围等关键参数进行计算,通过现场测试和数值计算对其升温效果和保温层效果进行了分析。
牛国栋[6](2019)在《考虑升温和洞口水分影响的寒区隧道端墙式洞门结构冻胀特性分析》文中指出为了分析寒区隧道端墙式洞门结构在考虑升温和洞口水分迁移、补给条件下的冻胀力学特征,本文在国家自然科学基金(项目批准号:41761015)的支持下,以青海某寒区隧道洞口段及端墙式洞门结构为工程依托进行针对性研究。结合寒区冻土的热力学相关特性,运用有限元计算软件,建立寒区隧道洞口段及端墙式洞门结构的有限元分析模型,考虑因洞口水分条件导致的围岩内部水冰相变及升温条件等因素,对寒区隧道进行分析。首先进行隧道洞口段及端墙式洞门结构附近温度场分布规律的研究,然后根据影响端墙式洞门结构冻胀力的温度场确定冻结深度大致变化范围,通过理论推导解析公式及数值模拟对端墙式洞门结构在考虑升温和洞口水分迁移、补给条件下的冻胀力进行计算,确定端墙式洞门结构所受冻胀力大致分布特征,并着手进行室内相似模型试验与解析计算、数值计算形成对比,验证所提方法的适用性。本文针对主要研究课题进行了下述工作:第一,在查阅大量隧址区的水文、地质资料获得土体随温度变化的物理力学及热力学参数资料的基础上,根据现场勘查结果确定热分析所需边界温度函数,继而对寒区隧道冻胀数值计算及解析计算在国内外的研究与发展作了详尽而系统的归纳阐述,提出满足本文所要研究的实际工程条件的初边条件,伴有相变温度场、水分场、应力场控制微分方程及其相应的三场耦合实现过程等。第二,建立伴相变的瞬态三维温度场数学模型,进行隧道洞口段围岩及衬砌、端墙式洞门附近围岩及主体衬砌结构的温度场分布规律研究,探知寒区隧道洞口段轴向和径向、洞门边墙结构和端墙结构附近的温度分布规律,得到近20年的洞门边墙结构冻融圈及端墙结构冻结深度的大致变化范围。第三,考虑隧址区升温及洞口水分迁移、补给条件下,采用相变温度场、水分场、应力场的耦合数学模型,进行端墙式洞门结构的水热力耦合数值计算,探明寒区隧道端墙式洞门边墙结构和端墙结构的冻胀力演化规律。第四,通过在总结已有冻胀模型的基础上,运用冻融圈整体冻胀模型和根据弹塑性力学方法推导出的冻胀力简明计算公式分别对端墙式洞门边墙和端墙结构进行解析计算分析。第五,根据相似理论开展寒区隧道洞口段的室内相似模型试验,研究寒区隧道洞口段冻胀力和温度的变化规律。第六,对室内相似模型试验、数值计算及解析计算结果进行对比分析,最终得出寒区隧道端墙式洞门结构的冻胀特征,为类似寒区工程冻胀特性分析提供一种参考及思路。
孙明[7](2019)在《寒区隧道洞口段的冻胀力分布特征研究》文中指出寒区隧道冻胀问题一直以来都是专家学者们重点关注的研究对象,而寒区隧道洞口段则因为位置的特殊而成为研究的典型。本文以寒区隧道洞口段,特别是隧道洞门位置的受力变形特征为研究对象,通过室内模型试验和数值模拟分析相结合的手段来进行研究。首先,确定隧道洞口段模型的整体温度分布,通过布设传感器来量测模型隧道洞口段处的受力特征及变形规律,运用数值模拟方法对模型进行模拟,最终对比室内模型试验和数值模拟的结果总结出寒区隧道洞门处的轴向应力分布情况,以期为实际工程提供借鉴。为了达到以上目的,本文主要进行了如下具体工作:(1)寒区隧道洞口段模型室内冻融模型试验:根据相似理论以实际隧道和实际季节性冻土区气候条件为参照,进行相应简化后,进行了试验设计。室内模型试验以大型的制冷设备作为试验模型的载体,根据试验重塑土样的相关性质设计了两种试验工况进行试验,在试验过程中设计三个测试断面对温度、应变分别设置相关测点进行测量,在洞门墙后设置应力测点测量轴向冻胀力,在边坡和洞门上设置位移测点,利用数据采集仪对模型试验的全过程进行数据采集。结果显示:在温度场方面,结合具体的试验条件,含水率越大,降温速率在零度以上时越快;在洞门应力方面,洞门处的轴向应力较大的区域主要集中在靠近衬砌的一周范围内,衬砌一周的拱腰、边墙、仰拱位置所对应的洞门相应位置应力较大;位移方面,在实验过程中通过对洞门处位移的监测,发现洞门处的位移总体较为均匀,在洞门上方边坡中部会出现位移的减小,含水率对位移的影响主要表现为,含水率越大,位移越大的趋势。(2)基于室内模型试验的有限元数值模拟研究:以室内模型试验的试验条件为基础,利用有限元分析软件ANSYS对两种工况下的试验模型进行分析。根据试验数据对模型参数进行选取后,计算模型的温度场。然后提取温度场结果,将温度场结果作为应力场分析的条件进行间接耦合,实现温度-应力的两场耦合。结果显示:模型的温度场分布较为均匀,温度变化平稳连续,温度在零上时,含水率越大,降温越快;洞门处的轴向应力分布主要集中在距离衬砌较近的一周,衬砌拱顶,衬砌左右两侧和衬砌仰拱位置应力较大,并且随着含水率的增大,衬砌一周的应力较大位置会相应的在一定范围内向外侧移动。
孟宗衡[8](2018)在《融化作用下多年冻土隧道围岩变形作用机制》文中研究指明多年冻土隧道开挖后冻土围岩暴露于空气中,冻土围岩与空气间的温差迫使他们之间产生热交换,由此导致多年冻土隧道周边围岩融化形成融化圈。除以上环境作用之外,工程爆破、喷射混凝土等系列作业产生的热扰动也将进一步抬升洞室内空气温度,加剧冻土围岩融化。由于多年冻土围岩的组成部分有冰的存在,加上冰极易受温度影响,冻土围岩温度达到固相和液相的临界温度—零度时开始融化,而且,多年冻土围岩在融化后物理、力学性质发生急剧变化,威胁隧道结构的稳定性。论文围绕多年冻土隧道在融化作用下围岩变形破坏问题,从大量查阅文献和相关资料入手,通过文献调研,总结国内外多年冻土隧道工程围岩变形破坏案例,研究融化作用下多年冻土隧道围岩变形破坏类型及影响因素。以围岩变形破坏类型及影响因素为依据,分析建立融化作用下多年冻土隧道围岩弹塑性分析模型,采用收敛-约束法理论,分析融化作用下多年冻土隧道围岩变形破坏的影响因素。结合数值模拟和实际工程对理论分析进行了补充和验证,以期充分掌握融化作用下多年冻土隧道围岩变形破坏机制,为多年冻土隧道设计及施工提供理论指导。主要研究成果如下:(1)根据工程案例由统计分析得出了融化作用下多年冻土隧道围岩变形破坏方式主要有局部掉块、坍塌和初支变形,在此基础上确立了影响围岩变形破坏的主要因素:围岩条件、融化圈深度、支护结构。(2)根据冻土围岩变形破坏方式及影响因素,结合青藏铁路风火山隧道实际工程,建立了融化作用下多年冻土隧道弹塑性分析模型,并对其求解,结合收敛-约束理论,分析了围岩条件、融化圈深度、支护结构对隧道周边围岩变形的影响。同样融化圈深度和支护条件下,隧道周边围岩位移随围岩条件变差而增大;同样围岩位移和融化深度下,支护结构的强度越高、施作时间越早,隧道周边围岩位移越小;同样围岩条件和支护条件下,隧道周边围岩位移随融化圈深度增加而增大。(3)以风火山隧道为模拟对象,采用FLAC3D模拟了围岩条件、融化圈深度、支护结构对多年冻土隧道周边围岩变形的影响,得到了其与围岩位移的相应关系,验证了理论分析推导结果。(4)结合风火山隧道工程围岩参数及设计情况,通过理论分析进行解析解求解,通过FLAC3D,结合其工程实际监测数据对理论分析结果和数值模拟结果进行对比,验证了所建立的分析模型及理论推导假设的合理性,此理论方法可以为实际工程多年冻土隧道施工和设计提供理论参考。
夏明[9](2018)在《寒区隧道温度场数值分析研究》文中进行了进一步梳理随着中国高速公路的快速发展,以及国家政策的扶持,西部高海拔地区和东北部高寒地区将出现更多公路隧道。在我国东北部地区由于气候寒冷,隧道很容易受到冻害的影响。一般寒区隧道衬砌结构的病害有:开裂,脱皮,挂冰和路面积水、结冰等,这些病害严重削弱了隧道正常功能和使用寿命,为了隧道更好的运营,我国隧道从业者提出了多种应对隧道冻害的措施,但效果不尽如人意。为此,本文研究了寒冷地区隧道的保温防冻问题。在阅读大量国内外相关资料的研究分析基础上比较了应用于寒区隧道的防冻措施的优劣,通过对隧道温度场模拟以及冻害机理特征的分析,揭示隧道围岩温度场随时间的变化规律。本文的第二章描述了隧道冻结引起的变化规律和冻害造成的直接和间接原因和条件,并针对这些原因和条件给出了相应的控制措施,分析总结了隧道冻害产生的机理,从微观、细观以及宏观三个角度分别阐释了冻胀原理。第三章结合弹性力学,粘弹性力学两个方面对围岩的冻胀力进行了理论分析,并给出了理想条件下围岩冻胀力的解析解。利用数值分析软件ANSYS对围岩的冻胀力在不同埋深、冻胀率、冻融厚度情况下分别进行了分析研究。最后本文给出了利用保温层来防治冻害的方法,对保温层的材料,厚度及铺设方式分别进行了阐述。
李奋,刘锟,蔡汉成,杨永鹏,程宏伟[10](2017)在《高原多年冻土区隧道浅埋段热棒群防护工程效果评价》文中研究表明以G214公路高原多年冻土区姜路岭隧道浅埋段热棒群防护工程为例,通过对隧道天然工况下和热棒群防护下的隧道围岩地温变化特征及冻融圈变化规律的研究,评价了利用热棒群对高原多年冻土区隧道浅埋段进行主动热防护的工程效果。研究表明:天然工况下隧道施工产生的冻融圈范围大于2.2 m;冻融圈回冻时间大于4 a;在热棒群防护下姜路岭隧道出口左洞洞侧人为冻土上限抬高0.5 m;隧道洞顶冻融圈的回冻时间为1 a,洞侧冻融圈回冻时间为23 a;地温总体上呈现出类似于正余弦曲线的变化形式,暖季地温较大,寒季地温相对较小,且随着时间推移,同期地温在逐渐降低;评价认为利用热棒群对多年冻土区隧道浅埋段进行主动热防护可以快速消除施工给隧道冻土围岩带来的热干扰,维持洞周冻土围岩的稳定,同时在洞周形成冻土防渗帷幕,阻隔冻结层上水向隧道结构方向的渗入,是一种有效保护隧道多年冻土环境的工程措施。
二、昆仑山隧道施工期间围岩冻融圈的初步研究(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、昆仑山隧道施工期间围岩冻融圈的初步研究(论文提纲范文)
(1)多年冻土区隧道施工过程中围岩融化圈变化规律研究(论文提纲范文)
1 工程概况 |
2 隧道围岩计算模型 |
2.1 控制微分方程 |
2.2 计算模型与计算参数 |
2.3 边界条件 |
3 计算结果与分析 |
3.1 施工阶段隧道融化圈分析 |
3.2 贯通后隧道融化圈分析 |
3.2.1 不铺设保温层隧道融化圈变化规律 |
3.2.2 铺设保温层时隧道融化圈变化规律 |
3.2.3 气候变暖下隧道融化圈变化规律 |
4 结论 |
(2)高寒地区隧道冻害问题及其防治措施综述(论文提纲范文)
0 引言 |
1 国内外典型工程实例 |
1.1 国内隧道冻害工程实例 |
1.2 国外隧道冻害工程实例 |
2 冻害机理 |
2.1 局部存水冻胀破坏理论 |
2.2 冻胀性围岩冻胀破坏理论 |
2.3 含水风化层冻胀理论 |
2.4 其他原因 |
3 冻害防治措施 |
4 结束语 |
(3)冻融作用下寒区隧道洞口基底变形及防治技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 选题背景 |
1.2 研究目的及意义 |
1.3 国内外研究现状 |
1.3.1 寒区隧道温度场的研究现状 |
1.3.2 冻胀融沉机理的研究现状 |
1.3.3 隧道冻害防治措施研究现状 |
1.4 研究思路及技术路线 |
1.4.1 研究思路 |
1.4.2 技术路线 |
2 寒区隧道洞口基底冻融变形机理研究 |
2.1 冻土 |
2.1.1 冻土的定义 |
2.1.2 冻土的分类 |
2.2 寒区隧道的分区与分类 |
2.2.1 我国寒区的定义 |
2.2.2 寒区隧道分区 |
2.2.3 寒区隧道分类 |
2.3 冻胀融沉产生的机理 |
2.3.1 土体的冻胀机理 |
2.3.2 影响冻胀的主要因素 |
2.3.3 融沉机理及影响因素 |
2.4 温度场的基本方程 |
2.4.1 热力学基本理论及边界条件 |
2.4.2 热分析三类边界条件 |
2.4.3 —般非稳态温度场的控制方程 |
2.5 本章小结 |
3 寒区隧道洞口基底冻融变形数值模拟 |
3.1 模型的建立 |
3.1.1 计算区域的确定 |
3.1.2 边界条件的确定 |
3.1.3 计算参数的选取 |
3.1.4 总传热系数的确定 |
3.1.5 初始条件的确定 |
3.2 温度场预测结果和分析(无保温层) |
3.3 应变场预测结果和分析 |
3.3.1 应变场的基本方程 |
3.3.2 基本假设 |
3.3.3 力学边界条件 |
3.3.4 材料参数 |
3.4 应变场分析 |
3.5 本章小结 |
4 寒区隧道洞口基底变形防治技术研究 |
4.1 寒区隧道洞口基底变形防治措施 |
4.1.1 防排水措施 |
4.1.2 围岩注浆措施 |
4.1.3 设置防寒保温门法 |
4.1.4 通风散热措施 |
4.1.5 保温隔热层技术 |
4.2 数值模拟不同隔热层厚度的隔热效果 |
4.2.1 保温层材料的选取 |
4.2.2 不同厚度的保温层数值模拟比较 |
4.3 本章小结 |
5 结论与展望 |
5.1 结论 |
5.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读学位期间的研究成果 |
(4)渐冻隧道现象及其引起的隧道病害解决对策研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
1 引言 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 寒区隧道温度场特性研究现状 |
1.2.2 寒区隧道隔热保温技术研究现状 |
1.2.3 寒区隧道防排水技术研究现状 |
1.3 主要研究内容及技术路线图 |
1.4 主要创新点 |
2 有渐冻趋势隧道不同类型冻土段的设计 |
2.1 衬砌结构防抗冻设计 |
2.1.1 现行规范及细则中的设计规定 |
2.1.2 衬砌结构防冻的分段设计 |
2.1.3 衬砌结构抗冻的分段设计 |
2.2 隔热保温层设计 |
2.2.1 现行规范及细则中的设计规定 |
2.2.2 不同冻土层中隔热保温层的作用和控制标准 |
2.2.3 隔热保温层的分段设计 |
2.3 防排水系统设计 |
2.3.1 防水系统的分段设计 |
2.3.2 排水系统的分段设计 |
2.4 小结 |
3 渐冻隧道现象及其渐冻和渐融时潜在病害分析 |
3.1 渐冻隧道现象及其演化模式 |
3.1.1 渐冻隧道现象 |
3.1.2 渐冻隧道的演化模式 |
3.2 隧道渐冻过程中的潜在病害分析 |
3.2.1 衬砌结构的渐冻病害 |
3.2.2 隔热保温系统的渐冻病害 |
3.2.3 防排水系统的渐冻病害 |
3.3 隧道渐融过程中的潜在病害分析 |
3.3.1 多年冻土的渐融病害 |
3.3.2 非冻土渐冻后的渐融病害 |
3.4 负年平均气温区隧道的渐冻现象 |
3.5 小结 |
4 既有隧道渐冻和渐融时病害的治理措施 |
4.1 既有隧道渐冻病害的治理措施 |
4.1.1 渐冻引起的非冻土段渗漏水治理 |
4.1.2 排水系统冻结失效的治理 |
4.1.3 衬砌结构渐冻病害的治理 |
4.1.4 控制并利用渐冻现象 |
4.2 既有隧道渐融病害的治理措施 |
4.2.1 对既有隧道进行有效的监测 |
4.2.2 渐融引起的排水系统失效的治理 |
4.2.3 渐融引起的衬砌结构破坏的治理 |
4.3 小结 |
5 新建隧道渐冻和渐融时病害的预防设计对策 |
5.1 衬砌结构预防设计对策 |
5.1.1 提高混凝土的抗冻抗渗等级 |
5.1.2 减弱衬砌受到的冻融循环作用速率和作用次数 |
5.1.3 衬砌结构荷载计算考虑渐冻的影响 |
5.2 隔热保温层预防设计对策 |
5.3 防排水系统预防设计对策 |
5.3.1 采用新型的堵水疏水措施 |
5.3.2 排水设计中供热、伴热系统的使用 |
5.3.3 使用新型防寒泄水洞 |
5.4 小结 |
6 依托工程设计方案 |
6.1 依托工程概况 |
6.1.1 工程区域气候条件 |
6.1.2 工程区域地质条件 |
6.1.3 工程区域水文条件 |
6.1.4 依托工程穿越冻土情况 |
6.2 不考虑渐冻和渐融的设计方案 |
6.2.1 衬砌结构设计 |
6.2.2 保温结构设计 |
6.2.3 防排水系统设计 |
6.2.4 设计中存在的问题与不足 |
6.3 考虑渐冻和渐融的设计方案 |
6.3.1 衬砌结构设计 |
6.3.2 保温结构设计 |
6.3.3 防排水系统设计 |
6.4 小结 |
7 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
在校研究成果 |
致谢 |
(5)高海拔寒区特长公路隧道冻胀特性及防冻研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 问题的提出及研究意义 |
1.2 国内外研究综述 |
1.2.1 寒区隧道温度场及多场耦合研究现状 |
1.2.2 冻土和冻岩冻胀特性研究现状 |
1.2.3 寒区冻土冻岩隧道冻胀损伤机理研究 |
1.2.4 寒区特长隧道防冻保温技术措施 |
1.3 选题依据、研究内容及方法 |
1.3.1 选题依据 |
1.3.2 主要研究内容和方法 |
第2章 高海拔寒区特长隧道冻害及冻胀性分级 |
2.1 高海拔寒区隧道及冻害现象 |
2.1.1 高海拔隧道主要冻害现象 |
2.1.2 寒区隧道冻害因素分析 |
2.2 寒区高海拔典型特长隧道调查分析 |
2.3 冰碛地层工程特性及冻胀性分级标准 |
2.3.1 冰碛地层工程特性 |
2.3.2 冰碛地层冻土物理力学参数取值 |
2.3.3 冰碛地层冻胀率及冻胀性分级标准 |
2.4 冻结花岗岩石及岩体冻胀性分级标准 |
2.4.1 裂隙岩石及其冻胀率计算 |
2.4.2 冻结花岗岩冻胀性分级标准及依托工程冻胀性分级 |
2.4.3 不同冻胀级别隧道防冻要点 |
2.5 本章小结 |
第3章 高海拔寒区特长公路隧道风场-温度场研究 |
3.1 雀儿山隧道风场-温度场现场测试 |
3.1.1 现场监测目的 |
3.1.2 风场-温度场现场测试仪器设备 |
3.1.3 测点及测试断面布置 |
3.1.4 测试时间及频率 |
3.1.5 风场-温度场测试结果分析 |
3.2 隧道风流场-温度场理论模型 |
3.2.1 隧道内风流场及气固换热的基本假定 |
3.2.2 洞内风流湍流模型 |
3.2.3 风流温度场控制方程 |
3.2.4 气固换热及换热系数 |
3.2.5 围岩-结构温度场方程 |
3.3 基于SST湍流模型的洞内风流场—温度场数值计算模型及参数 |
3.3.1 模型主要尺寸参数 |
3.3.2 计算参数的确定 |
3.3.3 模型建立 |
3.4 隧道风场数值计算结果分析 |
3.4.1 风向 |
3.4.2 气压 |
3.4.3 风速 |
3.5 隧道温度场分布及变化规律 |
3.5.1 洞内气温场 |
3.5.2 二衬表面温度场 |
3.5.3 围岩温度场 |
3.6 现场测试及数值分析结果比较 |
3.7 本章小结 |
第4章 冰碛地层-结构冻胀特性分析 |
4.1 寒区冰碛地层隧道冻胀特性的数值计算分析 |
4.1.1 热力学参数取值方法 |
4.1.2 隧道冰碛地层三维数值模型建立 |
4.1.3 冰碛地层数值计算结果分析 |
4.2 冰碛地层围岩-结构冻胀力原位测试及结果分析 |
4.2.1 原位测试原理和方案 |
4.2.2 现场测试结果分析 |
4.3 现场冻胀力测试及计算结果比较分析 |
4.4 本章小结 |
第5章 岩质地层-结构冻胀特性分析 |
5.1 雀儿山隧道岩质地层地质及缺陷检测分析 |
5.2 岩质隧道热-流-固-损耦合理论模型 |
5.2.1 渗流场与温度场的基本方程 |
5.2.2 渗流场和温度场的数值分析 |
5.2.3 渗流荷载和冻胀荷载 |
5.2.4 围岩-结构损伤本构模型 |
5.2.5 耦合方程的求解 |
5.3 岩体冻胀力数值计算模型及参数 |
5.3.1 衬砌背后空洞存水冻胀数值模型的建立 |
5.3.2 裂隙水冻胀数值模型的建立 |
5.3.3 计算参数的确定 |
5.4 衬砌背后空洞存水冻胀计算结果分析 |
5.4.1 不同位置空洞存水冻胀对结构内力及位移的影响 |
5.4.2 未冻水体积含量对结构应力及位移影响规律分析 |
5.4.3 冻胀力作用下结构损伤扩展规律 |
5.5 岩体裂隙水冻胀数值计算结果分析 |
5.5.1 岩体不同倾角下裂隙水冻胀力对结构受力和变形影响 |
5.5.2 冻胀力随裂隙间距变化规律分析 |
5.6 富水裂隙围岩-结构冻胀力现场试验及比较分析 |
5.6.1 冻胀压力测试结果分析 |
5.6.2 衬砌结构内力测试结果分析 |
5.7 冻胀压力原位测试结果的比较分析 |
5.8 本章小结 |
第6章 施工期及运营期防冻措施及效果分析 |
6.1 施工期防冻措施及效果 |
6.1.1 施工期通风升温系统设计 |
6.1.2 施工期通风加热理论计算 |
6.1.3 施工期通风升温效果的现场测试 |
6.1.4 冰碛地层施工防冻措施 |
6.1.5 寒区富水裂隙硬岩地层注浆措施 |
6.2 运营期保温层材料选型及参数设计 |
6.2.1 保温隔热层材料选型 |
6.2.2 敷设保温层隧道气热耦合计算模型 |
6.2.3 计算结果分析 |
6.3 本章小结 |
第7章 结论与展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的主要学术论文 |
攻读博士学位期间参与的科研项目 |
(6)考虑升温和洞口水分影响的寒区隧道端墙式洞门结构冻胀特性分析(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 选题背景 |
1.2 研究目的及意义 |
1.3 国内外研究现状及存在问题 |
1.3.1 寒区隧道冻胀特性数值模拟研究现状 |
1.3.2 寒区隧道冻胀特性解析计算研究现状 |
1.3.3 寒区隧道冻胀特性室内模型试验研究现状 |
1.3.4 寒区隧道冻胀研究存在的问题 |
1.4 本文研究内容、研究方法及研究技术路线 |
1.4.1 研究内容 |
1.4.2 研究方法 |
1.4.3 研究技术路线 |
2 工程概况 |
2.1 工程介绍 |
2.2 气象水文条件 |
2.3 地质特征 |
2.4 水文地质特征 |
2.5 本章小结 |
3 寒区隧道温度场与冻胀力室内模型试验研究 |
3.1 土样基本性能指标 |
3.1.1 土粒界限含水率试验 |
3.1.2 土样的击实试验 |
3.2 相似准则 |
3.2.1 相似理论 |
3.2.2 相似比的推导 |
3.3 室内相似模型试验设计 |
3.3.1 相似比及相似材料的确定 |
3.3.2 试验装置 |
3.3.3 试验区域的确定 |
3.3.4 模型试验测试内容及测点布置 |
3.3.5 试验过程 |
3.4 试验结果及分析 |
3.4.1 温度场测试结果及分析 |
3.4.2 应力测试结果及分析 |
3.5 本章小结 |
4 寒区隧道洞口段温度场数值模拟及分布规律研究 |
4.1 隧道洞口段伴相变瞬态温度场理论 |
4.1.1 伴相变瞬态温度场控制方程的建立 |
4.1.2 相变问题的处理 |
4.1.3 水分场控制方程的建立 |
4.2 隧道洞口段温度场数值模拟及分布规律研究 |
4.2.1 模型的边界条件 |
4.2.2 模型的计算参数 |
4.2.3 隧道温度场数值计算模型边界条件的确定 |
4.2.4 隧道温度场数值计算几何模型 |
4.2.5 求解模式 |
4.2.6 隧道初始温度场数值结果分析 |
4.2.7 隧道纵向三维伴相变瞬态温度场数值结果分析 |
4.2.8 隧道洞口断面伴相变瞬态温度场数值结果分析 |
4.2.9 隧道端墙式洞门端墙结构温度场数值结果分析 |
4.3 本章小结 |
5 寒区隧道端墙式洞门结构冻胀特性分析 |
5.1 寒区隧道冻胀机理 |
5.1.1 隧道端墙式洞门结构的冻胀机理 |
5.1.2 寒区隧道冻胀模型理论和冻胀力计算方法的研究 |
5.2 端墙式洞门结构冻胀力计算模型及冻胀力计算分析 |
5.2.1 洞门边墙计算模型及冻胀力计算分析 |
5.2.2 洞门端墙计算模型及冻胀力计算分析 |
5.3 寒区隧道水热力耦合数学模型的建立 |
5.3.1 水热力耦合控制微分方程推导 |
5.3.2 水热力耦合的数值计算思路 |
5.4 寒区隧道端墙式洞门结构水热力耦合数值计算 |
5.4.1 计算模型及参数 |
5.4.2 边界条件 |
5.4.3 端墙式洞门边墙结构计算结果分析 |
5.4.4 端墙式洞门端墙结构计算结果分析 |
5.5 本章小结 |
6 结论及研究展望 |
6.1 主要结论 |
6.2 研究展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 A COMSOL Multiphysics多场耦合重要操作步骤展示 |
攻读学位期间的研究成果 |
(7)寒区隧道洞口段的冻胀力分布特征研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 课题的研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 寒区隧道温度场研究现状 |
1.2.2 寒区隧道冻胀力研究现状 |
1.3 主要研究内容与研究方法 |
2 隧道洞门形式及寒区隧道洞门破坏形式分类 |
2.1 隧道洞门简介 |
2.1.1 隧道洞门定义 |
2.1.2 隧道洞门形式 |
2.2 寒区隧道洞门的破坏形式 |
3 寒区隧道洞门处冻胀力分布的模型试验 |
3.1 引言 |
3.2 相似理论简介 |
3.2.1 相似理论和相似三定理 |
3.2.2 模型试验的相似判据的确定 |
3.3 模型试验设计 |
3.3.1 相似比例的确定 |
3.3.2 试验材料基本力学性能 |
3.3.3 试验模型制作与测试 |
3.3.4 测点布置及试验量测 |
3.3.5 试验仪器连接调试与相关参数设置 |
3.4 试验结果分析 |
3.4.1 试验工况 |
3.4.2 结果分析 |
3.5 本章小结 |
4 寒区隧道洞门处冻胀力分布的有限元模拟 |
4.1 引言 |
4.2 数值模拟的基本计算理论 |
4.2.1 基本假设 |
4.2.2 Drucker-prager屈服准则 |
4.2.3 瞬态传热方程 |
4.2.4 三维热流方程 |
4.2.5 热力学三类边界条件 |
4.3 基于模型试验的温度场模拟 |
4.3.1 热学、物理学参数选取 |
4.3.2 热学有限元模型的建立 |
4.3.3 模型温度场模拟结果 |
4.4 温度场-应力场耦合模拟 |
4.4.1 力学、物理学参数选取 |
4.4.2 力学有限元模型建立 |
4.4.3 温度场-应力场间接耦合结果 |
4.5 本章小结 |
5 结论与展望 |
5.1 主要结论 |
5.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读研究生学位期间的研究成果 |
(8)融化作用下多年冻土隧道围岩变形作用机制(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 冻土力学性质研究 |
1.2.2 冻土隧道围岩温度场 |
1.2.3 冻土隧道围岩变形作用研究 |
1.3 主要研究内容 |
1.4 研究方法与技术路线 |
1.4.1 研究方法 |
1.4.2 技术路线 |
第2章 多年冻土隧道围岩变形破坏特征及诱发因素分析 |
2.1 冻土的分布与组成 |
2.1.1 冻土的分布 |
2.1.2 冻土的组成 |
2.2 融化作用下多年冻土围岩变形破坏形式 |
2.2.1 局部掉块 |
2.2.2 坍塌 |
2.2.3 隧道底鼓 |
2.2.4 初支开裂、变形、侵限 |
2.3 多年冻土隧道围岩变形破坏影响分析 |
2.3.1 围岩条件的影响 |
2.3.2 融化圈深度的影响 |
2.3.3 支护结构的影响 |
2.4 变形破坏预防控制措施 |
2.4.1 控制温度 |
2.4.2 合理支护 |
2.5 本章小结 |
第3章 融化作用下多年冻土隧道围岩的弹塑性分析 |
3.1 融化冻土围岩的弹塑性计算模型 |
3.1.1 基本假设 |
3.1.2 建立模型 |
3.2 融化冻土围岩的弹塑性问题计算 |
3.2.1 岩土材料的屈服准则 |
3.2.2 采用Mohr-Coulomb屈服准则 |
3.2.3 采用Tresca屈服准则 |
3.2.4 采用Drucker-Prager屈服准则 |
3.3 围岩与支护结构之间的相互作用 |
3.3.1 收敛-约束法的基本原理 |
3.3.2 围岩特征曲线(GRC) |
3.3.3 支护特性曲线(SCC) |
3.3.4 多年冻土隧道围岩特性曲线 |
3.3.5 围岩与支护相互作用 |
3.4 本章小结 |
第4章 融化作用下多年冻土隧道围岩变形数值分析 |
4.1 概述 |
4.2 计算模型及物理力学参数 |
4.2.1 隧道开挖后未支护状态 |
4.2.2 隧道开挖后支护状态 |
4.3 计算结果分析 |
4.3.1 未支护状态下围岩变形情况 |
4.3.2 支护状态下围岩变形情况 |
4.4 本章小结 |
第5章 工程应用 |
5.1 风火山隧道工程概况 |
5.2 风火山隧道隧址区地质环境条件 |
5.2.1 气象水文 |
5.2.2 地形地貌 |
5.2.3 地层岩性 |
5.3 风火山隧道施工设计原则 |
5.3.1 隧道结构设计 |
5.3.2 施工工艺 |
5.3.3 温度控制 |
5.3.4 混凝土材料及其施作特点 |
5.4 风火山隧道监控量测及数据分析 |
5.4.1 监测目的及内容 |
5.4.2 温度与融化圈监测 |
5.4.3 隧道周边围岩变形监测 |
5.4.4 隧道周边围岩变形分析 |
5.5 本章小结 |
第6章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果 |
(9)寒区隧道温度场数值分析研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究目的及意义 |
1.2 隧道保温防冻技术研究现状 |
1.2.1 国外研究现状 |
1.2.2 国内研究现状 |
1.3 研究内容 |
1.4 研究方法 |
2 寒区隧道的冻害特征研究 |
2.1 关于冻胀机理研究的3种假说 |
2.1.1 冻融岩石圈整体冻胀说 |
2.1.2 积水冻胀说 |
2.1.3 含水风化层冻胀说 |
2.3 寒区隧道冻胀类型及预防措施 |
2.3.1 微观冻胀 |
2.3.2 细观冻胀 |
2.3.3 宏观冻胀 |
2.4 隧道冻害的基本条件 |
2.4.1 温度条件 |
2.4.2 水文条件 |
2.4.3 围岩条件 |
2.4.4 施工措施 |
2.5 本章小节 |
3 寒区隧道应力场 |
3.1 基本假设 |
3.2 弹性力学分析 |
3.2.1 弹性力学分析 |
3.2.2 等厚度冻结层产生的冻胀力 |
3.2.3 计算结果分析 |
3.3 粘弹性力学分析 |
3.3.1 力学模型及数学解析解 |
3.3.2 算例 |
3.4 本章小节 |
4 温度场模拟 |
4.1 热分析基本知识 |
4.2 ANSYS模拟计算方法 |
4.2.1 Drcucker-Prager屈服准则 |
4.2.2 热-结构耦合计算有限元模型的建立 |
4.2.3 计算参数的选取 |
4.2.4 边界条件的施加及计算工况 |
4.3 计算结果分析 |
4.3.1 埋深15m情况下的冻胀应力分布 |
4.3.2 埋深25m情况下的冻胀应力分布 |
4.3.3 埋深35m的情况下冻胀应力分布 |
4.4 本章小节 |
5 隧道保温材料设计 |
5.1 保温材料的选取 |
5.2 保温层设计厚度的计算方法 |
5.3 保温层设置方式 |
结论 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介及读研期间主要科研成果 |
(10)高原多年冻土区隧道浅埋段热棒群防护工程效果评价(论文提纲范文)
1 引言 |
2 工程概况 |
2.1 气候概况 |
2.2 地质岩性 |
2.3 热棒群布置及监测 |
3 围岩地温变化特征分析 |
3.1 天然测温孔地温特征 |
3.2 天然工况下隧道围岩地温变化特征 |
3.3 热棒群作用下隧道洞测围岩地温变化特征 |
3.4 热棒群作用下隧道洞顶围岩地温变化特征 |
4 工程效果评价 |
5 结论 |
四、昆仑山隧道施工期间围岩冻融圈的初步研究(论文参考文献)
- [1]多年冻土区隧道施工过程中围岩融化圈变化规律研究[J]. 王成,马莲霞,骆丽珍,韩风雷,秦臻. 湖南交通科技, 2021(03)
- [2]高寒地区隧道冻害问题及其防治措施综述[A]. 王佩勋,何肖云峰,姜怡林,吴昊南,李福海. 2021年工业建筑学术交流会论文集(中册), 2021
- [3]冻融作用下寒区隧道洞口基底变形及防治技术研究[D]. 韩磊磊. 兰州交通大学, 2020(01)
- [4]渐冻隧道现象及其引起的隧道病害解决对策研究[D]. 张秋辉. 绍兴文理学院, 2020(03)
- [5]高海拔寒区特长公路隧道冻胀特性及防冻研究[D]. 严健. 西南交通大学, 2019(03)
- [6]考虑升温和洞口水分影响的寒区隧道端墙式洞门结构冻胀特性分析[D]. 牛国栋. 兰州交通大学, 2019(04)
- [7]寒区隧道洞口段的冻胀力分布特征研究[D]. 孙明. 兰州交通大学, 2019(04)
- [8]融化作用下多年冻土隧道围岩变形作用机制[D]. 孟宗衡. 西南石油大学, 2018(02)
- [9]寒区隧道温度场数值分析研究[D]. 夏明. 安徽理工大学, 2018(12)
- [10]高原多年冻土区隧道浅埋段热棒群防护工程效果评价[J]. 李奋,刘锟,蔡汉成,杨永鹏,程宏伟. 岩石力学与工程学报, 2017(S1)