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多因素耦合作用下寒区铁路隧道温度场演化规律研究
| 论文题名： | 多因素耦合作用下寒区铁路隧道温度场演化规律研究 |
| 关键词： | 寒区铁路隧道;多因素耦合;温度场;演化规律;模型试验 |
| 摘要： | 随着我国铁路修建和运营里程的逐年增加，位于高海拔和高纬度寒区的铁路隧道越来越多，寒区独有的气候条件对铁路隧道的修建和运营维护提出了更高的要求，同时冻害问题也愈发普遍。通过大量的文献检索和隧道现场实地调研发现：①寒区铁路隧道防寒设计以经验为主的特点使得防寒设防长度与实际需求严重不符，导致寒区铁路隧道冻害问题频发，极大增加了运营维护成本，严重时甚至影响列车行车安全；②寒区铁路隧道温度场分布规律的理论研究相对较成熟，但研究多聚焦于温度场在横断面上的发展，纵向温度场的研究相对较少，因此无法准确把握寒区隧道洞内温度场规律，同时对影响寒区铁路隧道温度场的主导因素及其影响机制不明确。③国内外研究学者多聚焦于通过理论推导和数值计算相结合的方法开展寒区隧道温度场的研究，缺乏现场实测数据的支撑，因此适用性不强。针对上述存在的问题，本文开展“多因素耦合作用下寒区铁路隧道温度场演化规律研究”，采用实地调研、现场测试、理论推导及模型试验等多种方法，以寒区铁路隧道纵向温度场研究存在的问题为出发点，对影响寒区铁路隧道纵向温度场变化规律的主导因素和影响机制、温度场与各因素间的理论关系式和径向温度场变化规律开展了深入研究，取得如下研究成果： （1）现场实测了8座寒区铁路隧道的纵向温度场，通过数据处理和数值分析等方法对温度随时间和空间的变化规律进行了探讨，明确了寒区铁路隧道纵向温度场主要影响因素及其影响机制。 （2）提出了隧道纵向温度场与隧道长度的计算公式。基于传热学基本理论和风流微团能量守恒定律，建立了隧道横断面稳态导热模型和纵向风流稳态传热模型，并通过现场测试数据验证了计算公式的准确性。 （3）提出了不同坡型下寒区铁路隧道温度场计算关系式。揭示了隧道洞内自然风流形成的机理，创造性地提出了人字坡近似度概念，将人字坡隧道的温度场分成了两种情况单独求解，并通过现场测试数据验证了各计算公式的准确性。 （4）提出了列车活塞风影响下寒区铁路隧道温度场计算方法。基于传热学和等效面积法，推导了不同列车速度和行车频率下寒区隧道设防长度拟合公式。 （5）基于传热学基本理论推导了隧道径向温度计算公式，创造性地提出了通过模型试验的方法研究隧道径向温度场演化规律，并通过试验数据验证了计算公式的准确性。 |
| 作者： | 郑泽福 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 马伟斌 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中国铁道科学研究院 |
| 学位年度： | 2022 |
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