文档介绍：石家庄铁道学院
硕士学位论文
高海拔冻土隧道施工围岩温度场数值分析
姓名:贾晓云
申请学位级别:硕士
专业:道路与铁道工程
指导教师:朱永全
20040201
摘要本论文以青藏铁路昆仑山隧道为背景,针对该隧道海拔高、高寒区的自然环境、多年冻土的不良地质条件,分析隧道施工对围岩温度场的扰动规律。冻土隧道施工中,开挖、初衬、保温层和二衬等作业,产生的施工热量及洞内外空气的热交换,将影响冻土围岩原始地温场。这种地温场的扰动,破坏了冻土地层的热力学平衡,使其冻土的热物理力学性能发生改变,其中包括冻土的融沉性、冻土回冻过程的膨胀性以及隧道的稳定性等工程力学性能。因此,保护冻土、减少施工对冻土原始地温场的扰动是冻土隧道施工的重要控制因素之一。根据高海拔、高寒区、冻土隧道特征,建立围岩导热控制微分方程,<扑闳砑允┕じ鞴ば蛑形а椅露瘸”判心D猓页鍪工各工序对围岩原始地温场扰动的规律;着重分析了毛洞暴露时间、混凝土水化热对冻土围岩地温场的影响;也分析研究了洞内初始气温与原始地温对隧道围岩地温场的影响,以及隔热保温层对保护冻土的贡献;同时,针对不同融化圈深度,对其毛洞阶段与初衬阶段进行了洞室稳定性分析。据此检算隧道衬砌结构的力学行为,以保证结构的安全。冻土隧道围岩温度场理论模型的建立和旋工过程的数值模拟,较好地解决了隧道力学和热力学的交叉课题,揭示了施工环节对围岩温度场扰动的规律及具体数值,对施工作业和工序安排、改善衬砌受力、确保工程质量有指导作用,也为今后类似工程的设计与施工提供理论依据与参考。关键词:隧道,多年冻土,围岩,温度场,稳定性
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签名:盈盟叁日期:塑签名:亟垒亟导师签名:皋釜塾日期:坦生剩豪独创性声明关于论文使用授权的说明褐外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得石家庄铁道学院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方确的说明并表示了谓狻本人完全了解石家庄铁道学院有关保留、使用学位论文的规定,即:学院有权保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅;学校可以公布论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。C艿穆畚脑诮饷芎笥ψ袷卮斯娑
第一章绪论选题背景和意义随着我国改革开放的深入,经济的迅速发展以及西部大开发战略的实施,使得青藏铁路的修筑成为必要。青藏高原是世界上面积最大、海拔最高的高原,其多年冻土地区气候恶劣,日温差大,罩谐鱿终何碌耐磕暧右榷ū毖虾厍倍左右G嗖靥反┰蕉嗄甓惩恋囟危惩廖侍馐乔藏铁路的一大难题,其特殊性和复杂性在世界上是独一无二的。冻土与融土的最重要差别在于冻土中含有冰体,并且正冻土和已冻土中存在着温度梯度作用下的水分迁移现象。由于冻土中冰的胶结连接作用,保持负温不变条件下冻土具有较高的坚硬度和强度,但当温度升高或降低时ㄔ负温范围内惩恋男灾式ǚ⑸卮蟊浠永鼍龆硕惩恋那慷染哂胁晃榷性。当冻土融化时,结构中的冰胶结作用随郎产生破坏,冻土显著变形,压缩性和透水性显著增大,强度和稳定性明显降低,融化处发生快速的局部下沉,并常伴随有已融土的稀释体从承重面挤出;雨当土壤冻结时,伴随土中孔隙水和外界水源补给水结晶形成多晶体、透镜体和冰夹层等形成的冰侵入体,土体体积增大,导致地表产生不均匀冻胀,由此将对修筑于冻土上的各类建筑物产生根本无法允许的变形和破坏⋯。多年冻土区的工程实践和科学研究使人们逐渐深刻地认识到,冻土温度场是冻土生成条件、冻土工程、冻土环境、冻土改造和冻土预报的基础,是联系普通冻土学和工程冻土学的纽带。与土壤冻结和融化有关的水分迁移过程、成冰规律和冻胀融沉现象等在一定条件下实际上完全由过程的热状态决定。无论是研究冻土的区域分布规律、物理力学性质,还是选择冻土地区工程建筑物设计的原则、确定具体的设计参数,都需要了解并掌握冻土的温度场分布情况,因此,对冻土温度场的研究是工程冻土学研究的主要内容之一【俊隧道结构是否安全可靠,首先取决于周围地层的稳定状态。因而设计和修建隧道时,必须全面考虑自然因素与工程地质条件以及施工、运营和养护等因素,确保周围地层具有足够的强度、稳定性和耐久性。然而,由于冻土的冻胀
融沉特性,冻土地层普遍存在着严重而特殊的病害,这不仅使隧道使用年限缩短,运营条件变坏,而且需增加许多非生产性劳动、材料及投资去养护、控制、削弱和治理冻土隧道工程的方法和措施,确保多年冻土区隧道工程