寒區(qū)多年凍土隧道融沉變化規(guī)律及熱害處治措施研究.pdf

1、在寒區(qū)多年凍土隧道的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)中會(huì)遇到凍脹和融沉兩大病害。本文圍繞多年凍土地區(qū)隧道工程的融沉問(wèn)題，通過(guò)理論推導(dǎo)、經(jīng)驗(yàn)歸納和數(shù)值模擬方法對(duì)融沉變形規(guī)律和熱害處治措施展開(kāi)研究，得到了如下研究成果：
　　1.在參考大量寒區(qū)隧道的地溫、內(nèi)外氣溫的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)函數(shù)擬合的方法分別得到了在兩年施工工況下隧道某斷面中心點(diǎn)處的溫度變化函數(shù)和在50年運(yùn)營(yíng)工況下隧道某斷面中心點(diǎn)處的溫度變化函數(shù)；
　　2.在考慮水的相變影響的基礎(chǔ)上，通過(guò)

2、理論推導(dǎo)的方法得到了凍土溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)基本方程，建立了多年凍土隧道二維熱學(xué)、力學(xué)數(shù)值模型，實(shí)現(xiàn)了多年凍土隧道溫度場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)的耦合計(jì)算；
　　3.當(dāng)多年凍土隧道圍巖分別為15％含水率的亞砂土、25%含水率的粉質(zhì)黏土和15%含水率的全風(fēng)化砂巖時(shí)，利用ansys數(shù)值模擬軟件，分別模擬了在三種類(lèi)型圍巖情況下隧道的溫度場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)，得到了融沉圈深度隨時(shí)間的變化規(guī)律，確定了25%含水率的粉質(zhì)黏土為最不利的凍土類(lèi)型、隧道拱頂段為最不利的位

3、置和在運(yùn)營(yíng)第16年時(shí)融沉深度最大；
　　4.針對(duì)多年凍土隧道在施工和運(yùn)營(yíng)兩種工況下熱害問(wèn)題提出了相應(yīng)的處治措施，并利用ansys數(shù)值模擬軟件對(duì)處于最不利凍土類(lèi)型（25%含水率的粉質(zhì)黏土）時(shí)襯砌表面敷設(shè)隔熱層后的溫度場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)進(jìn)行了模擬分析，得到了新建隧道的最優(yōu)的隔熱方案——在施工期間敷設(shè)8cm隔熱層在初期支護(hù)和二次襯砌之間，在運(yùn)營(yíng)階段盡快對(duì)融沉區(qū)二次襯砌一般段（拱腰、邊墻、仰拱段）表面敷設(shè)2cm隔熱層，拱頂段需要采用隔熱性能比硬質(zhì)