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滨海软土地层地铁联络通道冻结法施工界面效应试验研究
| 论文题名： | 滨海软土地层地铁联络通道冻结法施工界面效应试验研究 |
| 关键词： | 软土地层;地铁联络通道;冻结法;冻土帷幕;界面效应;室内模型试验 |
| 摘要： | 地铁联络通道冻结施工中，冻土帷幕在边界处与外界发生热交换，造成土体冷量损失及温度场变化，严重者导致冻土解冻，使帷幕内外水系贯通，引发联络通道孔壁坍塌及地面塌陷等工程事故。目前，冻土帷幕界面效应的研究相对较少且不够深入，本文建立了物理分析模型，进行了室内模型试验，通过机理分析及室内试验研究了冻土帷幕界面效应。主要工作及结论如下： （1）基于杭州淤泥质土的常规土工参数，分析了杭州软土地层的热传递方式及热物理特性，结合经验公式给出了相关参数指标，包括土的比热、潜热及导热系数，通过室内模型试验获得了杭州淤泥质土的冻结温度及解冻温度。 （2）在Gilpin模型基础上，考虑潜热及分凝冰的影响，建立了冻结及解冻期间土体状态变化的物理分析模型，将土体分为冻土区、冻结缘及未冻土区等三个区间，根据水的相态将冻结缘分为两层，靠近冻土区一侧为分凝冰层，靠近未冻土区一侧为液态水层。由物理分析模型可知土体的一维温度场分布状态，即土体温度自冷源出发，向外总体呈阶段性升高趋势，在分凝冰层温度反复突变。同时，土中某处的测点温度随时间呈三阶段式变化，冻结期间温度总体呈下降趋势，三个阶段依次对应未冻土区、冻结缘及冻土区等三个区间；解冻期间温度总体呈上升趋势，三个阶段依次对应冻土区、冻结缘及未冻土区等三个区间，当分凝冰层通过测点时，测点温度将反复突变。 （3）基于物理分析模型，对地铁联络通道冻结法施工中的界面效应进行了机理分析，外界热量通过界面传入土中，改变冻土帷幕温度场分布，引起帷幕状态变化。导热系数是界面效应的重要影响因素，不同界面对帷幕状态的影响不同，实际工程中，冻土帷幕在空气界面及钢管片隧道界面的冷量损失较为严重。 （4）设计并开展了不同界面影响下冻土帷幕温度场分布状态的物理模拟试验，获得了杭州淤泥质土冻结及解冻期间测点温度与距离及测点温度与时间的变化规律，其与物理分析模型的一维温度场分布状态及测点温度随时间变化规律一致，验证了模型的可靠性。基于物理分析模型中测点温度与土体冻结状态的关系，判断了不同时间不同位置土体的冻结状态，研究了不同界面影响下的冻结缘发展过程，获得了不同界面对冻土帷幕状态的影响规律。冻结期间界面对冻土帷幕的影响主要是改变帷幕平均温度及内外边界的发展速度，解冻期间的影响主要是改变土中温度梯度及冻结缘发展过程。 |
| 作者： | 李晓泉 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 罗战友;邹宝平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江科技学院 |
| 学位年度： | 2021 |
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