原文传递
寒区隧道围岩水热力耦合数值分析
| 论文题名： | 寒区隧道围岩水热力耦合数值分析 |
| 关键词： | 寒冷地区;隧道围岩;热力耦合;冻融循环;应力分布 |
| 摘要： | 随着“一带一路”战略的深入实施，越来越多的岩土工程建设必须在高海拔、严寒等极端条件下进行，冻融灾害是寒区岩土工程的突出问题。冻融环境下，岩体骨架、冰晶体、未冻水这三种物质在温度、土水势、压力与变形等外界因素作用下，相互运动、迁移、扩散与相变，水热力状态相互耦合、相互影响。因此，从水热力耦合的角度研究岩土工程结构的稳定性具有重要的理论及工程意义。 本文以西藏“扎墨”公路嘎隆拉隧道为依托，采用有限单元法，对寒区隧道围岩的单应力场、温度场、渗流场进行数值计算，分析了应力和位移、冻深、孔隙压力和渗流速度的分布规律；对寒区隧道围岩多场耦合问题进行数值计算，分析了应力场、温度场、渗流场的相互影响及变化规律。 研究表明：由于隧道开挖引起的应力重分布，隧道断面围岩拱顶下沉，仰拱隆起；隧道周边围岩出现季节性冻融圈，最大冻深出现在拱顶处；最大渗流速度发生在边墙墙脚处，开挖断面附近渗透压力等位面密集，水力坡降大，对岩体的渗透动水压力较大；由于埋深较浅，围岩拱顶区域受隧道内壁和山体表面气温双重影响，冻融破环极度严重；在水热力耦合的作用下，隧道围岩冻深减小，位移及应力增大；经过10年的运营，隧道围岩拱顶下沉量由0.89mm增大为1.89mm，衬砌的最大拉应力从0.4MPa增大到了1.3MPa，可见冻融循环对围岩及衬砌力学特性影响较大；在寒区隧道设计和施工过程中，必须考虑冻胀力的作用，必须考虑温度场、水分场和应力场的相互影响。为减少寒区隧道冻融灾害，应在隧道洞口和内壁采取良好的保温措施，减小洞内外气温与围岩间的热交换；结合注浆堵水、铺设防水层、设置排水边沟等措施，减小衬砌内外侧的热交换。 |
| 作者： | 景远吉 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 张慧梅;刘洋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西安科技大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
