回头沟隧道岩石导热系数及围岩温度场分布规律研究

发布时间：2020-04-28 16:49

【摘要】：近年来,随着隧道工程施工技术发展的越来越成熟,公路与铁路的建设在路线选择上更加多元化,由原来的避山绕路到现在的凿山取直,隧道工程发挥着重要的作用。但是东北地区冬天寒冷的气温对隧道衬砌结构的稳定性造成极大的威胁,同时为行车安全留下隐患。因此对季冻区隧道围岩温度场分布情况的掌握以及对冻害现象的治理,就是我们需要亟待解决重要问题之一。本文以鹤大高速公路回头沟隧道为工程依托,对该隧道温度场进行系统的研究。论文采用现场监测、室内试验及数值模拟等方法,展开了隧道围岩导热系数与各影响因素之间内在联系、隧道温度场变化及分布规律的研究。其主要内容包括:(1)通过室内试验研究花岗片麻岩的导热系数与含水率、温度、矿物成分及岩石波速等影响因素之间的变化规律。用曲线图直观表达实验数据,以便于对变化规律的仔细分析。(2)通过阅读资料,详细了解求解隧道温度场的热分析理论,确定计算方法。(3)对回头沟隧道的气象条件和地质条件做详尽的调查,根据勘查结果确定热分析所需边界温度荷载函数。(4)利用数值模拟软件进行计算,通过对隧道有无保温层、铺设不同厚度保温层及不同里程断面进行对比分析,并且将计算值与现场实测数据对比,最终得出在不同情况下围岩温度场分布规律。
【图文】：

季节性冻土,多年冻土,季冻区,路线优化

通过调查资料得知全球有一半以上的陆地面积是多年冻土、季节性冻土或瞬时冻土，主要分布在加拿大、俄罗斯、美国阿拉斯加以及中国西部和东北地区等地，，其中，我国多年冻土和季节性冻土面积分别占全国陆地总面积的 21%和 54%，即我国 75%的陆地面积都是受寒冷空气环境的影响，而这些地区大部分是分布在我国西部地区和东北地区1 2如图 1 1。最近几年，由于我国为提高经济建设实施了很多相应政策如振兴东北老工业基地和西部大开发战略，所以我国东北和西部地区随之迎来了公路和铁路建设发展的新高潮，而这些地区大部分的地形都属于群山环绕、路陡峰险的，建设单位在这些地区进行修建公路和铁路需要考虑路线优化、里程缩短等综合因素，因此必将选择修建公路和铁路隧道。但是季冻区的气温变化，特别是冬季寒冷的环境给隧道工程的设计和施工带来许多问题，也给后期运营、维护带来了很多困难，处理不慎将会造成很大的经济损失甚至生命安全。

导热系数,矿物,季冻区,温度场研究

图 1.2 不同矿物与导热系数的关系图综上所述，有多种因素影响着岩石导热系数。它是岩石最重要的热物性参数，不仅受到岩石本身物质结构组成的内在影响，还有受不同外部环境的影响。由于这些不同因素的变化会改变导热系数的大小。以探究季冻区隧道围岩温度场变化规律为目的，需要对隧道围岩进行岩样导热系数试验研究。1.2.2 隧道温度场研究现状随着对气温寒冷地区隧道的研究逐渐深入，地下工程研究人员逐渐发现隧道工程中产生失稳现象以及冻害现象的原因是因为在工程实际中水分、温度和应力这三种状态相互耦合，相互影响。但由于我国在季冻区隧道温度场研究领域起步较晚，对这一问题的认识不足，在实际工程中不能切实有效的施以更好的措施防止冻害现象的发生；再者，伴随着一带一路政策的实施，国内寒区隧道建设日益
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U451

【参考文献】