寒区隧道温度场数值分析研究

发布时间：2023-05-20 09:10

　　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...

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
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



本文编号：3820840