引水隧洞双排水平冻结法数值模拟与实测分析

发布时间：2017-07-02 15:23

  本文关键词：引水隧洞双排水平冻结法数值模拟与实测分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,随着引调水工程的兴起,引水隧洞因其能够很好的保证水源质量而成为了工程中最主要的建筑物。在隧洞施工过程中往往会遇到不可预见的复杂的地质难题,使得传统的施工方法很难解决。人工冻结法因为其安全性高、结构适应性强、隔水性好及绿色无污染等优点,在地下空间中得以广泛的应用。以甘肃最大的引水工程—引洮工程一期供水总干渠7#隧洞含水疏松砂岩段为研究背景,针对其冻结法施工,运用大型非线性有限元程序ANSYS重点分析了隧洞在冻结过程中温度场的变化及冻结帷幕形成的过程和在开挖过程中冻结帷幕的应力场分布及位移场分布等。从而对冻结过程中温度及时间的控制提供参考,为隧洞在选线布置、开挖及结构支护设计施工提供科学技术支持,增强隧洞灾害的预测预报和防灾减灾的应对能力,对保证工程安全、顺利正常施工和节省投资具有重大意义。主要有以下研究工作和结论：1、在综合分析引洮工程数十年积累的工程地质勘查资料和引洮工程7#隧洞补堪洞段隧洞围岩工程地质条件的基础上,对引洮工程区域尤其是7#隧洞含水疏松砂岩段所在工程区域的地质环境背景、地质构造、地形地貌、地层岩性和工程地质参数等基础地质资料进行了研究分析,得出适用模型分析计算的各项参数。2、基于考虑相变的热固耦合理论,采用大型有限元分析软件ANSYS,对引水隧洞冻结过程中温度场的变化、冻结帷幕的形成过程进行分析,计算出冻土帷幕完全形成所需的时间。结果表明：积极冻结50天,冻土帷幕达到设计厚度2.5m,平均温度达到设计值-10℃。3、对开挖过程进行数值模拟。研究了冻土帷幕的温度场分布和在设计温度和厚度下冻土帷幕的应力场及位移场的分布,以及其压、拉、剪应力极值并确定极值发生的位置。结果表明：开挖过程中冻土帷幕的压、拉、剪应力极值分别为2.88MPa、0.15MPa和0.97MPa,均符合设计要求,计算值相对于设计值的安全系数分别为2.0、13.0和1.5。4、结合现场监测数据,分析了冻结过程中冻土的温度变化规律及冻土帷幕的形成机理,结果表明：冻土帷幕产生的位移量较小,能有效的维持地层稳定,为施工提供良好的作业空间。最后提出了一些有效的措施及建议。
【关键词】：引洮工程 引水隧洞 人工水平冻结法 冻结帷幕 数值模拟 温度场 应 力场 位移场
【学位授予单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV672
【目录】：

• 摘要2-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-17
• 1.1 研究目的及意义8-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 人工冻结法研究现状10-13
• 1.2.2 数值模拟及实测分析13-14
• 1.3 本文的研究内容及思路方法14-17
• 1.3.1 研究内容14-15
• 1.3.2 研究思路方法15-16
• 1.3.3 研究技术路线图16-17
• 第二章 人工土层冻结法的基本理论17-26
• 2.1 冻结过程的物理本质17-18
• 2.1.1 冻土的基本成分17
• 2.1.2 冻土的形成过程17-18
• 2.2 冻土的物理指标18-20
• 2.2.1 比热18-19
• 2.2.2 导热系数19
• 2.2.3 导温系数19
• 2.2.4 热容量19-20
• 2.2.5 相变潜热20
• 2.3 正冻土热质传输理论20-23
• 2.3.1 热应力问题的数学描述20-21
• 2.3.2 热质输运的基本方程21-23
• 2.4 冻胀机理及防治措施23-24
• 2.4.1 冻胀机理23
• 2.4.2 影响土体冻胀的基本因素23-24
• 2.5 人工冻土冻胀的特殊性分析24-26
• 第三章 引洮工程7#隧洞工程简介26-45
• 3.1 工程概况26-35
• 3.1.1 气象条件26-27
• 3.1.2 水文条件27
• 3.1.3 工程位置27-28
• 3.1.4 地形地貌28
• 3.1.5 隧洞工程地质28-32
• 3.1.6 新增施工支洞工程地质32-35
• 3.2 人工冻结施工方法35-45
• 3.2.1 分项施工步骤及要求35-37
• 3.2.2 冻结施工工艺及技术37-42
• 3.2.3 开挖与构筑42-45
• 第四章 数值计算分析45-56
• 4.1 ANSYS及有限元介绍45-49
• 4.1.1 有限元法及其基本思想45
• 4.1.2 有限元软件ANSYS45
• 4.1.3 ANSYS内部分析过程45-46
• 4.1.4 ANSYS考虑相变的热力耦合模型46-49
• 4.2 引洮工程7~隧洞冻结施工数值模拟49-50
• 4.2.1 ANSYS模拟实际工程的基本假设49
• 4.2.2 建立模型49
• 4.2.3 模型参数的选取49-50
• 4.3 冻结阶段分析50-53
• 4.3.1 温度场分析50-53
• 4.4 开挖阶段分析53-56
• 4.4.1 位移场分析53-54
• 4.4.2 应力场分析54-56
• 第五章 温度监测数据分析及措施56-61
• 5.1 去、回路盐水温度的变化情况56-57
• 5.2 测温孔降温情况57-59
• 5.3 温度场分布规律59-60
• 5.4 保温及隔热措施60-61
• 第六章 结论与展望61-63
• 6.1 结论61
• 6.2 展望61-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-69
• 作者简介69-70
• 导师简介70-71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 刘建刚;李宗春;路遥;;单排水平冻结工程温度场数值模拟[J];勘察科学技术;2011年01期

  本文关键词：引水隧洞双排水平冻结法数值模拟与实测分析，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：510485