火灾高温下含湿黄土热湿迁移中温度
发布时间：2025-02-05 15:32
地铁、公路隧道在运营过程中,会发生火灾。火灾高温不仅对隧道衬砌结构的完整性和稳定性造成危害,而且还会将热量传导至衬砌外侧的土体,在土体中形成温度场,在热的作用下,土体中的部分液态水出现热湿迁移现象,使得土体中的湿度场重新分布;另一部分液态水吸收热量发生气化,以气态形式存在于土颗粒之间的孔隙中,形成蒸汽场且具有一定的蒸汽压力。在蒸汽压力的作用下,衬砌外荷载增加,极有可能使已经发生爆裂的混凝土衬砌发生破坏,同时蒸汽会沿着衬砌表面的裂缝进入衬砌内部,对钢筋等造成腐蚀,进一步威胁隧道混凝土结构安全。本文以火灾高温下含湿黄土热湿迁移过程中的温度场、湿度场、蒸汽场及蒸汽压力场作为研究课题。应用理论分析、试验研究以及数值模拟的方法,对土样导热系数与含水率、干密度和自身温度的函数关系,土样的热湿迁移现象,以及发生火灾时隧道外侧土体的温度场、湿度场、蒸汽场及蒸汽压场进行了系统研究。主要研究内容及结果如下:（1）土样导热系数与含水率和干密度的关系。当土样干密度不变时,其含水率越高,导热系数越大;当土样含水率不变时,其干密度越大,导热系数越大。（2）土样导热系数与自身温度的关系。对于实验所配制的干密度为1.5...
【文章页数】：111 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 隧道火灾事故统计
1.1.2 隧道火灾的危害
1.2 隧道火灾研究现状及不足
1.2.1 火灾高温下隧道衬砌力学性能的研究
1.2.2 火灾高温下衬砌外侧土体热力学性能研究
1.2.3 当前研究不足及发展趋势
1.3 火灾高温下隧道外侧土体热湿迁移的研究意义、研究内容
第二章 热作用下含湿黄土的热、湿特性
2.1 土的热特性
2.1.1 土的导热系数
2.1.2 土的比热容
2.1.3 土的热扩散系数
2.1.4 土体热传递的数学描述
2.2 土的湿特性
2.2.1 土体内水分迁移机理
2.2.2 土体湿传递的数学描述
2.3 土体的热湿迁移现象
2.3.1 土体热湿迁移机理
2.3.2 土体热湿迁移模型
2.4 本章小结
第三章 火灾高温下混凝土衬砌外侧土体的导热特性及其规律研究
3.1 火灾高温下混凝土外侧土体导热系数的测定
3.1.1 实验准备工作
3.1.2 土体导热系数的测定实验
3.1.3 导热系数影响因素分析
3.2 火灾高温下混凝土外侧土体的热湿耦合迁移规律实验研究
3.2.1 实验准备工作
3.2.2 土样温度的测定
3.2.3 土样含水率的测定
3.3 火灾高温下混凝土外侧土体热湿耦合迁移的相关物理参数分析
3.3.1 土样温度变化及分析
3.3.2 土样含水率变化及分析
3.4 火灾高温下混凝土外侧土体的热湿迁移的过程分析
3.5 本章小结
第四章 热湿耦合迁移过程中含湿黄土温度场-湿度场-蒸汽压力场分布规律
4.1 物理模型的建立
4.1.1 物理模型
4.1.2 物理模型的无关性验证
4.2 含湿黄土热湿迁移过程的数值模拟及结果分析
4.2.1 含湿黄土热湿迁移过程中温度场分布规律
4.2.2 含湿黄土热湿迁移过程中湿度场分布规律
4.2.3 含湿黄土热湿迁移过程中蒸汽场及蒸汽压力场的分布规律
4.3 本章小结
第五章 火灾高温时隧道衬砌外侧含湿黄土中热湿迁移过程及其规律研究
5.1 隧道火灾场景设定
5.1.1 建立隧道模型
5.1.2 设定火灾场景
5.2 30MW火灾高温下隧道衬砌外侧土体中热湿迁移过程及其规律
5.2.1 30MW火灾高温下隧道衬砌外侧土体中温度场分布规律
5.2.2 30MW火灾高温下隧道衬砌外侧土体中湿度场分布规律
5.2.3 30MW火灾高温下隧道衬砌外侧土体中蒸汽场及蒸汽压力场分布规律
5.3 50MW火灾高温下隧道衬砌外侧土体中热湿迁移过程及其规律
5.3.1 50MW火灾高温下隧道衬砌外侧土体中温度场分布规律
5.3.2 50MW火灾高温下隧道衬砌外侧土体中湿度场分布规律
5.3.3 50MW火灾高温下隧道衬砌外侧土体中蒸汽场及蒸汽压力场分布规律
5.4 火灾的时间效应对隧道安全性的影响
5.4.1 30MW火灾高温下衬砌外侧土体温度场随时间的变化
5.4.2 30MW火灾高温下衬砌外侧土体湿度场随时间的变化
5.4.3 30MW火灾高温下衬砌外侧土体蒸气场及蒸汽压力场随时间的变化
5.5 土体中蒸汽压力分布对隧道衬砌结构设计的启示
5.5.1 火灾高温下土体中蒸汽压力对隧道衬砌的影响分析
5.5.2 火灾高温下土体中蒸汽压力对于隧道设计施工的启示
5.6 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 论文主要结论
6.2 不足之处及展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文及参与项目
本文编号：4030060
【文章页数】：111 页
【学位级别】：硕士
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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 隧道火灾事故统计
1.1.2 隧道火灾的危害
1.2 隧道火灾研究现状及不足
1.2.1 火灾高温下隧道衬砌力学性能的研究
1.2.2 火灾高温下衬砌外侧土体热力学性能研究
1.2.3 当前研究不足及发展趋势
1.3 火灾高温下隧道外侧土体热湿迁移的研究意义、研究内容
第二章 热作用下含湿黄土的热、湿特性
2.1 土的热特性
2.1.1 土的导热系数
2.1.2 土的比热容
2.1.3 土的热扩散系数
2.1.4 土体热传递的数学描述
2.2 土的湿特性
2.2.1 土体内水分迁移机理
2.2.2 土体湿传递的数学描述
2.3 土体的热湿迁移现象
2.3.1 土体热湿迁移机理
2.3.2 土体热湿迁移模型
2.4 本章小结
第三章 火灾高温下混凝土衬砌外侧土体的导热特性及其规律研究
3.1 火灾高温下混凝土外侧土体导热系数的测定
3.1.1 实验准备工作
3.1.2 土体导热系数的测定实验
3.1.3 导热系数影响因素分析
3.2 火灾高温下混凝土外侧土体的热湿耦合迁移规律实验研究
3.2.1 实验准备工作
3.2.2 土样温度的测定
3.2.3 土样含水率的测定
3.3 火灾高温下混凝土外侧土体热湿耦合迁移的相关物理参数分析
3.3.1 土样温度变化及分析
3.3.2 土样含水率变化及分析
3.4 火灾高温下混凝土外侧土体的热湿迁移的过程分析
3.5 本章小结
第四章 热湿耦合迁移过程中含湿黄土温度场-湿度场-蒸汽压力场分布规律
4.1 物理模型的建立
4.1.1 物理模型
4.1.2 物理模型的无关性验证
4.2 含湿黄土热湿迁移过程的数值模拟及结果分析
4.2.1 含湿黄土热湿迁移过程中温度场分布规律
4.2.2 含湿黄土热湿迁移过程中湿度场分布规律
4.2.3 含湿黄土热湿迁移过程中蒸汽场及蒸汽压力场的分布规律
4.3 本章小结
第五章 火灾高温时隧道衬砌外侧含湿黄土中热湿迁移过程及其规律研究
5.1 隧道火灾场景设定
5.1.1 建立隧道模型
5.1.2 设定火灾场景
5.2 30MW火灾高温下隧道衬砌外侧土体中热湿迁移过程及其规律
5.2.1 30MW火灾高温下隧道衬砌外侧土体中温度场分布规律
5.2.2 30MW火灾高温下隧道衬砌外侧土体中湿度场分布规律
5.2.3 30MW火灾高温下隧道衬砌外侧土体中蒸汽场及蒸汽压力场分布规律
5.3 50MW火灾高温下隧道衬砌外侧土体中热湿迁移过程及其规律
5.3.1 50MW火灾高温下隧道衬砌外侧土体中温度场分布规律
5.3.2 50MW火灾高温下隧道衬砌外侧土体中湿度场分布规律
5.3.3 50MW火灾高温下隧道衬砌外侧土体中蒸汽场及蒸汽压力场分布规律
5.4 火灾的时间效应对隧道安全性的影响
5.4.1 30MW火灾高温下衬砌外侧土体温度场随时间的变化
5.4.2 30MW火灾高温下衬砌外侧土体湿度场随时间的变化
5.4.3 30MW火灾高温下衬砌外侧土体蒸气场及蒸汽压力场随时间的变化
5.5 土体中蒸汽压力分布对隧道衬砌结构设计的启示
5.5.1 火灾高温下土体中蒸汽压力对隧道衬砌的影响分析
5.5.2 火灾高温下土体中蒸汽压力对于隧道设计施工的启示
5.6 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 论文主要结论
6.2 不足之处及展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文及参与项目
本文编号：4030060
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