深季节冻土区强风化围岩隧道水-热耦合分析

发布时间：2022-07-27 19:19

　　我国是冻土大国,一半以上的国土属于对工程有影响的冻土区,随着我国经济的快速发展,交通网络开始向东北、西北等偏远冻土地区扩展,但这些地区的地形多为山脉、丘陵,修建隧道是解决交通问题的关键。我国在冻土区已修建和在建很多隧道,但因为环境恶劣,很多隧道出现严重的冻害问题。隧道产生冻害的主要原因是在寒冷地区隧道围岩会出现冻融循环,导致隧道结构产生破坏,发生渗水,渗水成冰反过来加重冻害,因此对于隧道冻害的防治,考虑围岩水-热耦合作用,得到围岩温度场和水分场的分布规律是冻害防治的关键。本文依托深季节冻土区兴安岭隧道,对洞口段强风化围岩土进行基本物理性质试验和单向冻结试验,得到兴安岭隧道强风化围岩土基本性质和冻结特性,建立水-热耦合模型并验证模型正确性,最后建立隧道二维模型,对隧道围岩的温度场和水分场的耦合效应进行数值计算,为深季节冻土区隧道冻害防治提供参考,本文主要研究内容及结果如下:首先,对兴安岭隧道强风化围岩土进行基本物性试验,得到围岩颗粒密度、颗粒级配、界限含水率、最大干密度、渗透系数、导热系数和热容等基本物性参数,进行单向冻结试验得到了兴安岭隧道强风化围岩土的冻结规律。试验结果表明:兴安岭强... 

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
        1.1.1 课题背景
        1.1.2 研究意义与目的
    1.2 国内外研究现状及分析
        1.2.1 冻土水-热耦合模型研究现状
        1.2.2 寒区隧道水-热耦合研究现状
        1.2.3 国内外文献综述评述
    1.3 主要研究内容与技术路线
第2章 兴安岭隧道强风化围岩土物理特性试验研究
    2.1 引言
    2.2 依托工程简介
    2.3 兴安岭隧道强风化围岩土物理性质试验
        2.3.1 颗粒密度试验
        2.3.2 颗粒分析试验
        2.3.3 界限含水率试验
        2.3.4 击实试验
        2.3.5 渗透系数试验
        2.3.6 导热系数和热容试验
    2.4 单向冻结试验
        2.4.1 试验仪器
        2.4.2 试验方案
        2.4.3 试验步骤
    2.5 试验结果与分析
        2.5.1 温度监测结果
        2.5.2 冻结深度
        2.5.3 水分迁移
    2.6 本章小结
第3章 强风化围岩土水-热耦合分析模型及验证
    3.1 引言
    3.2 冻土水-热耦合分析基本理论
        3.2.1 冻土温度场分析
        3.2.2 冻土水分场分析
    3.3 水-热耦合一维数值模型与验证
        3.3.1 模型建立
        3.3.2 模型验证
    3.4 计算结果与分析
        3.4.1 相变对温度场分布的影响
        3.4.2 开放系统和闭合系统对水-热耦合的影响
    3.5 本章小结
第4章 强风化围岩隧道水-热耦合建模及分析
    4.1 引言
    4.2 隧道围岩水-热耦合理论
    4.3 二维隧道模型的建立
        4.3.1 几何模型建立与网格划分
        4.3.2 边界条件和材料参数的确定
        4.3.3 气温函数与初始温度场的确定
    4.4 强风化隧道温度场-水分场耦合分析
        4.4.1 单一温度场数值模拟
        4.4.2 温度场-水分场的耦合数值模拟
    4.5 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢



本文编号：3666028