多年冻土隧道洞口段抗冻设防长度计算方法及温度响应研究
本文选题:多年冻土隧道 切入点:冻害 出处:《西南石油大学》2016年硕士论文
【摘要】:受到多年冻土区恶劣气候条件影响,多年冻土隧道常因遭受冻害而无法正常使用。论文以防止温度作用诱发多年冻土隧道洞口段结构冻害为目的,以“高海拔冻土隧道纵向温度场动态演化机理及分段防冻技术研究”项目为依托,采用文献分析调研冻土隧道的冻害特征、冻害原因以及产生冻害的位置,在此基础上分析推导多年冻土隧道洞口段的抗冻设防长度计算公式,并结合数值模拟对冻土隧道的冻害特征的影响因素进行研究分析,结合风火山隧道的纵向温度场相应特征进行对比分析,解决冻土区域隧道的抗冻设防中的不足和困难。主要研究成果如下:(1)调查的25个冻土隧道的冻害特征统计结果分析说明:隧道洞口至洞身段的一定长度内(洞口段)隧道冻害发育严重,而且这段长度内的围岩地温、洞内温度及衬砌结构温度受外部气候影响而紊乱不稳定,是多年冻土隧道抗冻设防的重要部分。(2)以多年冻土隧道的纵向和横向温度场特征为研究对象,以隧道横断面为圆形形状为模型,利用传热学相关理论,结合数学物理方程方法,推导出冻土隧道的横向以及纵向的温度场分布特征表达式,并分析隧道埋深、洞内空气速度、有无保温层等对隧道横向和纵向温度场的分布特征的影响,得出多年冻土隧道洞口段理论抗冻设防长度计算长度。(3)基于风火山隧道,利用有限元软件ADINA建立隧道三维分析模型,研究隧道埋深、洞内空气速度、有无保温层等等因素对多年冻土隧道温度场分布特征规律的影响,分析多年冻土隧道抗冻设防长度的分布特征。(4)根据风火山隧道现场监测数据,分析风火山隧道横向和纵向温度分布特征,并同理论分析结果和数值模拟分析结果进行对比分析,从而验证多年冻土隧道抗冻设防长度计算公式的合理性,为冻土隧道的抗冻设防提供理论指导。
[Abstract]:The permafrost tunnel is often unable to be used normally because of the severe climatic conditions in permafrost region. The purpose of this paper is to prevent the structure of permafrost tunnel from being frozen-damaged by temperature. Based on the project of "study on dynamic Evolution Mechanism of Longitudinal temperature Field and subsection Anti-freezing Technology of High-altitude Frozen Tunnel", the characteristics, causes and location of freezing injury of frozen soil tunnel were investigated by literature. On this basis, the formula for calculating the length of anti-freezing fortification of permafrost tunnel is deduced, and the factors influencing the freezing damage characteristics of permafrost tunnel are studied and analyzed in combination with numerical simulation. Combining with the corresponding characteristics of the longitudinal temperature field of the wind volcano tunnel, The main research results are as follows: (1) the statistical analysis of freezing damage characteristics of 25 frozen soil tunnels investigated shows that: the length of tunnel opening to the body of the tunnel is within a certain length (hole opening). Section) the tunnel frozen-injury development is serious, And the surrounding rock temperature in this length, the temperature in the tunnel and the temperature of the lining structure are unstable because of the influence of external climate. It is an important part of anti-freezing fortification of permafrost tunnel. (2) taking the longitudinal and transverse temperature field characteristics of permafrost tunnel as the research object, taking the cross-section of the tunnel as the model, using the theory of heat transfer and the mathematical and physical equation method, The expressions of transverse and longitudinal temperature field distribution of frozen soil tunnel are derived, and the effects of tunnel burial depth, air velocity in the tunnel, and the existence of insulation layer on the distribution of transverse and longitudinal temperature field of the tunnel are analyzed. Based on the wind volcano tunnel, the three-dimensional analysis model of tunnel is established by using finite element software ADINA to study the buried depth of tunnel and the air velocity in the tunnel. The influence of factors such as insulation layer on the temperature field distribution characteristics of permafrost tunnel is analyzed. The distribution characteristics of the length of anti-freezing fortification of permafrost tunnel are analyzed. (4) according to the field monitoring data of wind volcano tunnel, the temperature field distribution of permafrost tunnel is analyzed. The transverse and longitudinal temperature distribution characteristics of Fengzhuo tunnel are analyzed and compared with the results of theoretical analysis and numerical simulation analysis, which verifies the rationality of the formula for calculating the length of anti-freezing fortification of permafrost tunnel. It provides theoretical guidance for freezing resistance of frozen earth tunnel.
【学位授予单位】:西南石油大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:U452
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,本文编号:1659097
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