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考虑冻结壁温度梯度的隧道解冻温度场演化规律研究
| 论文题名： | 考虑冻结壁温度梯度的隧道解冻温度场演化规律研究 |
| 关键词： | 地铁隧道;人工冻结法;解冻温度场;数值模拟 |
| 摘要： | 人工冻结施工技术与其他施工方法相比，有着良好的抗渗透性能以及对邻近环境零污染等诸多优点，广泛应用于复杂环境下隧道工程施工中，其中，冻结法施工期冻结壁解冻温度场的演化规律一直都是实际施工中关注的重点。 本文以北京复八线地铁隧道局部水平冻结施工为工程背景，采用理论分析、模型试验和数值模拟相结合的方法，对考虑冻结壁温度梯度的隧道自然解冻温度场演化规律进行了研究，其主要研究内容和结论如下: (1)采用相似模型试验的方法，对隧道冻结壁解冻温度场的分布规律进行了研究，试验中设置3个关键层位，每层布置9个测温点进行监测，获得冻结壁在自然解冻期温度场的发展情况。解冻85min后，发现3个层位解冻温度场具有一致的分布规律，且等温线间距已经缩小至0.2℃以内，土体温度与环境温度(20℃)基本一致，靠近冻结管解冻区存在微小的温度波动。 (2)选用ABAQUS有限元软件，对隧道冻结壁解冻温度场的分布规律进行了数值模拟计算。研究发现，积极冻结38day后，冻结壁的厚度满足实际施工要求。在解冻50day后冻结壁完全消失，地层温度恢复至原始地温。 (3)考虑冻结壁温度梯度，运用傅里叶定律将温度梯度变换到导热方程中，进而建立了隧道自然解冻温度场的解析解。将解冻温度场的解析结果与模型试验、数值模拟结果进行对比分析，分析结果表明，随着解冻时间的增加，3种研究方法得到的土体解冻温差逐渐缩小，等温线分布逐渐密集，沿冻结管竖向测点的最大温差在1.5℃左右。解析解计算得到的解冻温度场分布规律与模型试验、数值模拟结果基本一致，验证了所建立解冻温度场解析解的可靠性。 人工冻结法在隧道工程的应用越来越广泛，本文研究成果对隧道冻结法施工工程的设计和施工具有一定的参考价值。 |
| 作者： | 鲁婵瑞 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 蔡海兵 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 安徽理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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