冻土冻融三场耦合数值模型及工程应用研究
发布时间：2021-01-07 19:55
近年来,西部大开发及相应的交通基础设施建设加速实施,在穿越寒区隧道过程中遇到了诸多由土体冻融引发的冻害问题。因此深入分析研究冻土体水-热-力三场之间的联系及相互作用,正确揭示冻害问题机理具有十分重要的意义。冻胀和融沉问题是非常复杂的综合问题,经过众多研究者的多年研究,冻土水热力耦合理论已较为完备,也已开发了较多的计算程序,而对于融化过程则关注较少。本文建立了冻土的理论架构,选取合适的冻土模型及模型参数计算方法,在此基础上建立冻土冻胀和融沉数值模型,通过室内试验验证了数值模型的可靠性。利用建立的数值模型对隧道进行模拟计算,分析了围岩冻融时隧道支护结构的应力响应,并进行了多个因素的敏感性分析。主要研究成果如下:（1）在建立冻胀数值模型时,在冻土有效应力原理的基础上建立了平衡方程;在考虑冻结过程中的热传导和对流传热的基础上建立了能量守恒方程:通过推导孔隙变化率方程建立了变形场方程。（2）在建立融沉数值模型时,在忽略融化过程中水分迁移的基础上建立了质量守恒方程;结合质量守恒方程建立用孔隙率表示的能量守恒方程,求解等温线位置,确定融化区范围:在考虑融化时土骨架抵抗变形能力衰变的基础上建立了变形场...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
未冻水含量随温度变化曲线
图 3-1 计算简图Fig.3-1 Calculation diagram下基本假定：岩均为均质、连续的各向同性弹性介质；题计算；水状态，该系统为封闭系统；性常数不变。围岩冻结区厚度为 hf，则冻结区围岩冻结前后体 22fV n t h R r 。膨胀量可近似表示为：2 fVh h R
安高速公路扩能工程是国家高速包头（内蒙古）至茂名（广部分。全线共有 18 座双洞隧道，隧道单洞总长 25.1km，其中1km；中长隧道 8 座，共计 5.964km；短隧道 3 座，共计 1.6.21%，全线隧道总长度的 71%处于 V 级围岩中，建设过程中m2，是全国面积最大的全断面开挖隧道。隧道按六车道高速/h。某浅埋大断面黄土隧道作为研究对象。根据地勘资料，该断面年平均气温为 8.6~9.4℃，极端低温-22~-25.4℃。隧道大部分面支护形式为复合式衬砌，支护结构参数如表 5-1 所示，支护表 5-1 支护结构参数Tab.5-1 Support structure parameters锚杆 钢筋网 钢拱架 C20 喷层厚度/m直径/m间距/m型号 间距/m0.022 1 2×2 I25a 6 0.31
【参考文献】：
期刊论文
[1]准饱和正冻土水热力耦合模型的扩展有限元程序研发[J]. 何敏,冯孝鹏,李宁. 岩石力学与工程学报. 2017(11)
[2]不同支护参数下锚杆锚固效果的等效数值模拟研究[J]. 邵凌,李宁,李程,代鹏,陈瑛. 水资源与水工程学报. 2016(06)
[3]一维饱和冻土融化固结分析[J]. 明锋,李东庆,张宇. 冰川冻土. 2016(04)
[4]冻土水热耦合方程及数值模拟研究[J]. 白青波,李旭,田亚护,房建宏. 岩土工程学报. 2015(S2)
[5]正冻土中冰透镜体形成力学判据的分析讨论[J]. 曾桂军,张明义,李振萍,袁华有. 冰川冻土. 2015(01)
[6]软弱地层浅埋隧道加固范围及强度参数的研究[J]. 石钰锋,阳军生,杨峰,王树英. 公路交通科技. 2014(05)
[7]饱和冻土水热力耦合模型解析及验证[J]. 何敏,李宁,刘乃飞. 岩土工程学报. 2012(10)
[8]饱和土水热耦合分离冰冻胀模型研究[J]. 周扬,周国庆,王义江. 岩土工程学报. 2010(11)
[9]冻砂土损伤本构模型及应用研究[J]. 李栋伟,汪仁和,林斌. 低温建筑技术. 2007(04)
[10]冻粘土蠕变损伤耦合本构关系研究[J]. 李栋伟,汪仁和,胡璞. 冰川冻土. 2007(03)
博士论文
[1]冻土冻胀理论模型及冻胀控制研究[D]. 周扬.中国矿业大学 2009
[2]饱和颗粒土冻结过程中的多场耦合研究[D]. 曹宏章.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2006
硕士论文
[1]冻土水热力场耦合机理研究与工程应用[D]. 李智明.哈尔滨工业大学 2017
本文编号：2963144
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
未冻水含量随温度变化曲线
图 3-1 计算简图Fig.3-1 Calculation diagram下基本假定：岩均为均质、连续的各向同性弹性介质；题计算；水状态，该系统为封闭系统；性常数不变。围岩冻结区厚度为 hf，则冻结区围岩冻结前后体 22fV n t h R r 。膨胀量可近似表示为：2 fVh h R
安高速公路扩能工程是国家高速包头（内蒙古）至茂名（广部分。全线共有 18 座双洞隧道，隧道单洞总长 25.1km，其中1km；中长隧道 8 座，共计 5.964km；短隧道 3 座，共计 1.6.21%，全线隧道总长度的 71%处于 V 级围岩中，建设过程中m2，是全国面积最大的全断面开挖隧道。隧道按六车道高速/h。某浅埋大断面黄土隧道作为研究对象。根据地勘资料，该断面年平均气温为 8.6~9.4℃，极端低温-22~-25.4℃。隧道大部分面支护形式为复合式衬砌，支护结构参数如表 5-1 所示，支护表 5-1 支护结构参数Tab.5-1 Support structure parameters锚杆 钢筋网 钢拱架 C20 喷层厚度/m直径/m间距/m型号 间距/m0.022 1 2×2 I25a 6 0.31
【参考文献】：
期刊论文
[1]准饱和正冻土水热力耦合模型的扩展有限元程序研发[J]. 何敏,冯孝鹏,李宁. 岩石力学与工程学报. 2017(11)
[2]不同支护参数下锚杆锚固效果的等效数值模拟研究[J]. 邵凌,李宁,李程,代鹏,陈瑛. 水资源与水工程学报. 2016(06)
[3]一维饱和冻土融化固结分析[J]. 明锋,李东庆,张宇. 冰川冻土. 2016(04)
[4]冻土水热耦合方程及数值模拟研究[J]. 白青波,李旭,田亚护,房建宏. 岩土工程学报. 2015(S2)
[5]正冻土中冰透镜体形成力学判据的分析讨论[J]. 曾桂军,张明义,李振萍,袁华有. 冰川冻土. 2015(01)
[6]软弱地层浅埋隧道加固范围及强度参数的研究[J]. 石钰锋,阳军生,杨峰,王树英. 公路交通科技. 2014(05)
[7]饱和冻土水热力耦合模型解析及验证[J]. 何敏,李宁,刘乃飞. 岩土工程学报. 2012(10)
[8]饱和土水热耦合分离冰冻胀模型研究[J]. 周扬,周国庆,王义江. 岩土工程学报. 2010(11)
[9]冻砂土损伤本构模型及应用研究[J]. 李栋伟,汪仁和,林斌. 低温建筑技术. 2007(04)
[10]冻粘土蠕变损伤耦合本构关系研究[J]. 李栋伟,汪仁和,胡璞. 冰川冻土. 2007(03)
博士论文
[1]冻土冻胀理论模型及冻胀控制研究[D]. 周扬.中国矿业大学 2009
[2]饱和颗粒土冻结过程中的多场耦合研究[D]. 曹宏章.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2006
硕士论文
[1]冻土水热力场耦合机理研究与工程应用[D]. 李智明.哈尔滨工业大学 2017
本文编号：2963144
本文链接：https://www.wllwen.com/jianzhugongchenglunwen/2963144.html
