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福州地铁4号线暗挖区淤泥质软土冻胀特性及数值模拟研究
| 论文题名： | 福州地铁4号线暗挖区淤泥质软土冻胀特性及数值模拟研究 |
| 关键词： | 地铁;淤泥质软土;数值模拟;冻胀力;水热盐力耦合模型 |
| 摘要： | 随着福州地区地下空间大规模的开发利用，人工冻结法在富水软土地层建设中应用越来越广泛，但冻土冻胀融沉现象同时会对上覆结构的安全性造成很大的影响，随着冻结隧道下穿上覆结构工程数量的逐年增多，冻胀对上覆结构产生的影响引来了越来越多学者们的关注。 福州地区软土在冻结条件下的工程特性的研究能够对福州地区地下空间的人工冻结法施工提供一定的参考。目前针对对此课题开展的研究并不多，本文以福州地铁四号线暗挖区淤泥质软土为研究对象，针对该地区人工冻结施工条件下的工程特性进行了以下方面的分析研究: (1)对福州地铁四号线暗挖区淤泥质软土的基本物理参数将进行测定，同时对当地施工环境进行分析确定土体所在边界条件，并根据实验要求设计出一套能够实现单双向冻结、补水以及施加上覆荷载的冻胀装置。 (2)通过实验对不同因素（温度、初始含水率、含盐率、上覆荷载）影响下淤泥质软土的冻胀特性进行研究分析，发现试验范围内冷端温度的降低、初始含水率的增加都会对土体冻胀力的产生起到促进作用，而上覆荷载和土体含盐率的增加则会对土体冻胀力起到抑制作用。对土体冻胀力稳定值进行分析时发现实验范围内淤泥质软土冻胀力的增加量与温度的降低值成正比关系。与土体初始含水率、含盐率以及上覆荷载的增加量皆呈现为二次抛物线关系，当其中某一条件达到界限条件继续增加时土体的冻胀力将不再发生变动。 (3)根据水盐体系下溶液内固液相的变化顺序分析土体内部未冻溶液的变化情况，同时依据质量守恒定律、能量守恒定律、物质的量守恒定律以及弹性力学的相关知识分别建立出冻结和结晶条件下的水热盐力耦合方程。 (4)通过ComsolMultiphysids软件PDE模块建立水热盐力耦合模型并进行对其结果进行分析，同时对比模拟结果与实测数据验证模型的适用性。此外根据项目工程中冻结管的实际排布位置建立出多层土水热耦合模型，并以当地水文、地热以及冻结管内温度变化为边界条件对其温度场和水分场进行计算，通过将现场监测数据与计算结果对比验证模型的可靠性。 |
| 作者： | 罗阳 |
| 专业： | 土木水利 |
| 导师： | 朱杰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 安徽理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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