考虑随机裂隙的高寒隧道温度场和保温层研究

发布时间：2021-09-07 11:18

　　研究目的:为进一步探究温度场的变化规律和保温层敷设厚度问题,以2022年冬奥会重大交通保障项目金家庄特长螺旋隧道为依托,通过现场实测、理论分析和COMSOL数值模拟相结合的方法,建立隧道围岩区的随机裂隙模型,研究孔隙率、渗透率、随机裂隙孔径和水头对温度场的影响,并基于温度场进一步对比解析解和数值模拟的保温层设计厚度。研究结论:（1）径向温度值及其变化速率随围岩孔隙率和渗透率的增大表现为增大趋势,随着随机裂隙孔径和下边界水头的增大,径向温度值表现为增大,变化速率则表现为减小的趋势,孔隙率对温度场影响最大,渗透率对温度场影响最小,径向温度分布规律可用Asymptotic1模型表示;（2）由于随机裂隙和渗流的影响,衬砌和围岩接触面的温度值不完全对称,但总体表现为从拱顶到仰拱逐渐升高;（3）孔隙率和渗透率对冻结深度的影响可用Exp3P2模型表现,随机裂隙孔径和下边界水头对冻结深度的影响可用Exp Dec1模型表现,理论分析和数值模拟结果说明保温层厚度的解析解较数值模拟大;（4）本研究结论可为相关寒区隧道的温度场发展、分布规律和保温层厚度设计提供借鉴或参考。 

【文章来源】：铁道工程学报. 2020,37(09)北大核心EI

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

保温层厚度计算工况

金家庄特长螺旋隧道所处区域为大陆性季风气候的中温带亚干旱区，全年日照时间长，温差大，冬季寒冷漫长，全年的无霜期平均为115.9 d，年均降水量约424 mm且分布不均。地下水以基岩裂隙水和孔隙潜水为主，局部节理裂隙发育，基岩裂隙水主要赋存于节理裂隙发育带中，形成相对的富水区且初始水压力较大，隧道正常涌水量为810 m3/d (双洞)，可能出现的最大涌水量达2 430 m3/d (双洞)，其中隧道净宽13 m，净高5.5 m。隧道区围岩节理裂隙走向玫瑰花图如图1所示。2 模型建立

计算模型图

【参考文献】：
期刊论文
[1]寒区隧道温度场分布规律及保温层适应性研究[J]. 高焱,朱永全,耿纪莹,崔蓬勃,辛浩.  铁道标准设计. 2017(10)
[2]寒区隧道温度场和排水沟埋置深度研究[J]. 孙克国,杨朋,仇文革,宋宪辉,林立彬,许炜萍.  铁道工程学报. 2017(04)
[3]考虑隔热层的寒区隧道围岩温度径向传播规律及相关参数研究[J]. 李又云,张玉伟,张志耕.  隧道建设. 2016(07)
[4]考虑通风影响的寒区隧道围岩温度场及防寒保温材料敷设长度研究[J]. 谭贤君,陈卫忠,于洪丹,刘豆豆.  岩石力学与工程学报. 2013(07)
[5]考虑相变和围岩含水裂隙的隧道冻胀力研究[J]. 王志杰,蔡李斌,李金宜,姜逸帆,雷飞亚,杜逸文.  铁道工程学报. 2020(03)

博士论文
[1]寒区隧道围岩与风流的对流—导热耦合作用及其应用研究[D]. 周小涵.西南交通大学 2017



本文编号：3389451