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哈尔滨地铁三号线风井及其在运营期的冻害研究
| 论文题名： | 哈尔滨地铁三号线风井及其在运营期的冻害研究 |
| 关键词： | 地铁风井;季节性冻土;水热耦合;冻胀效应;冻害防治 |
| 摘要： | 冻土是一种对温度极为敏感的土体介质，其性质随着温度和冻融过程的发展而动态变化。我国冻土覆盖面积广，工程冻害事故频发，冻土区构筑物在土的冻胀融沉影响下易造成变形过大和失稳。哈尔滨三号线某风井地处松花江旁，周围土质及地下水环境复杂，在风井建设及运营过程中需要预估和分析土的冻胀对风井产生的危害，提供防冻害措施。水热力耦合计算分析是预估和研究冻害的重要手段。本文在参考前人理论的基础上，采用水热力耦合数值分析的方法完成了哈尔滨地铁三号线风井基坑和运营期风井的冻害预估及分析。本文主要工作及结论: (1)总结现有理论的基础上建立了基于水热迁移的冻土水热耦合模型。建立了土的比热容、热导率等参数与土中基本参数的动态关系，实现了计算参数的动态化，解决了深基坑土质复杂，水热场初始参数难以确定的问题。 (2)确定了基坑不同土层的水热参数和初始条件。引入Heaviside二维阶跃平滑函数，建立了与实际情况更相符的水分场初始值和极寒温度边界条件，增强了完全参数化后数值计算的收敛性。应用COMSOL Multiphysics软件的二次开发功能，完成了基坑及运营期风井的水热耦合计算。 (3)建立了饱和土冻胀模型。以温度场和含冰量为基础，应用COMSOLMultiphysics软件完成了风井基坑的应力-应变场计算，分析了风井基坑越冬期间正常气温情况下和极寒气温情况下温度场、水分场及应力-应变场的分布情况，对基坑冻害做了初步评估，并设计了降低冻胀效应的钢支撑。 (4)根据天气统计及井壁温度统计建立了风井井壁的温度边界条件。分析了冻融对土力学参数的影响，并在计算中加以应用。计算了风井运营期5个冻融循环内的温度场、水分场及应力-应变场分布情况。讨论了防冻害措施，针对风井运营期特点，研究了可行的防冻害措施并予以了验证。 |
| 作者： | 高阳 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 陈文化 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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