考虑地下水渗流影响的隧道人工冻结法数值模拟研究

发布时间：2020-04-05 12:54

【摘要】：社会的不断发展和人口的持续增长,为城市地下空间的进一步开发利用创造了需求。修建地下结构通常需要进行开挖支护,同时要求土体具有足够的强度,以便在开挖过程中能保持地层稳定。在高地下水位的软土地层中进行开挖时,一般需要采取适当的地基土加固措施。人工冻结法是岩土工程地基加固中常用的技术,适用于高地下水位软弱地层的隧道施工、边坡加固、地下水控制和临时开挖支护等。人工冻结法是一种多用途的技术,与注浆加固相比,人工冻结法是完全可逆的,对环境影响较小的地基加固方法。但对于高地下水流速的地层,由于地下水提供了连续的热源,使得人工冻结壁的交圈时间较长,有时甚至无法实现地层的冻结闭合。为探讨地下水流速对人工冻结效果的影响,本文基于COMSOL Multiphysics软件,对不同渗透流速作用下地铁隧道人工冻结加固效果进行数值模拟,探讨不同渗透流速下人工冻结壁形成的机理。本文基于多孔介质的传热和渗流理论,建立了二维有限元数值模型,模拟了不同渗流速度下地铁隧道温度场随时间推移的变化规律。模拟结果表明,人工冻结圈的形成受地下水渗流速度的影响极大,在无地下水渗流的情况下,冻结管周围温度场对称分布。在有地下水渗流时,冻结管周围温度场的分布不对称,与下游侧冻结管相比,上游侧冻结管受渗流影响更严重。在超过特定的渗流速度下(大于2m/day),人工冻结壁无法形成。通过与以往的室内实验及现场监测数据的对比,验证了数值仿真结果的正确性。此外,本文对不同土壤类型的温度场分布规律进行了研究。结果表明,砂质土比粘性土更有利于进行人工冻结。最后,本文对哈尔滨地铁车站人工冻结工程进行了数值模拟,同时收集了现场监测点的温度分布值。通过温度场的监测结果与模拟结果进行比较,验证了数值模拟结果的有效性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U455.4

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本文编号：2615048