冻土地区铁路隧道洞口边仰坡变形研究

发布时间：2023-08-29 20:49

　　在我国东北、西北以及青藏高原等多个地区都含有大面积的冻土。冻土具有流变性、瞬时强度远远大于长期强度的特性,再加上这些地区复杂多变的外部气候环境,冻土地区的工程结构建设还必须面临两个主要危险:冻胀和融沉。而这些灾害为后期的工程建设埋下了安全隐患,同时也是制约该地区经济发展的重要因素。近几年来,我国先后在冻土地区已修建了越来越多的铁路隧道,各种边坡的失稳破坏现象也逐渐增多。隧道洞口段经常是导致坍塌,开裂和损坏的区域之一。故洞口段边仰坡的稳定性是隧道设计和施工时必须认真对待的问题,开展对寒区隧道的相关研究,对于这些地区的隧道建设和工程理论的完备具有重要的意义。本文以隧道洞口边仰坡作为研究对象,考虑了冻土的热学参数以及隧道洞口段围岩的水热耦合环境,通过建立室内模型试验并利用ANSYS数值模拟,研究不同含水率和不同坡角下寒区隧道洞口边仰坡的变形特点。论文主要进行了下述工作:查阅相关隧道工程的文献,获取土体随温度变化的物理力学及热力学参数,总结了冻土地区隧道、冻土力学和热传学等基本理论知识,参考相似理论创建相似比为1:50的试验隧道模型,选用的土样为硬塑性、粉质粘土,经过模型箱中的冻结过程,测出隧...

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 选题背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 寒区隧道国内外研究概况
        1.2.2 寒区隧道数值模拟研究现状
        1.2.3 寒区隧道模型试验研究现状
        1.2.4 研究存在的问题
    1.3 研究目的及意义
    1.4 本文研究概述
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 研究方法和技术路线
2 寒区隧道洞口边仰坡相关理论
    2.1 寒区隧道的分类和冻害
        2.1.1 寒区隧道的分类
        2.1.2 寒区隧道的冻害
    2.2 寒区隧道洞口边仰坡失稳影响因素
    2.3 寒区隧道洞口边仰坡破坏机理
        2.3.1 破坏模式
        2.3.2 破坏机理
    2.4 温度场理论
        2.4.1 热传递的方式
        2.4.2 热量传递的基本规律
        2.4.3 土体微元体的导热
        2.4.4 水冰相变
        2.4.5 热力学三类边界条件
    2.5 本章小结
3 冻土地区隧道室内模型实验
    3.1 试验目的和试验任务
    3.2 试验土样的土力学基本试验
        3.2.1 土样密度及含水率试验
        3.2.2 土样的击实试验
        3.2.3 土样液塑限试验和直剪试验
    3.3 室内相似模型试验设计
        3.3.1 相似理论
        3.3.2 相似比及相似材料的确定
        3.3.3 模型试验测试内容及测点布置
        3.3.4 试验过程
    3.4 试验结果分析
        3.4.1 温度场结果分析
        3.4.2 洞门处冻胀力分析
        3.4.3 边仰坡变形分析
    3.5 本章小结
4 冻土地区铁路隧道ANSYS数值模拟分析
    4.1 ANSYS有限元分析方法
        4.1.1 方法介绍
        4.1.2 耦合分析
        4.1.3 设置模型的边界条件
        4.1.4 建立实体模型
    4.2 不同含水率下的计算结果
    4.3 不同坡角下的计算结果
    4.4 本章小结
5 结论与展望
    5.1 主要结论
    5.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读学位期间参与的科研项目



本文编号：3844261