地鐵十三陵景區(qū)站基坑圍護結(jié)構(gòu)凍脹變形分析.pdf

1、隨著北京地鐵網(wǎng)絡的擴張，越來越多地鐵線路向郊區(qū)、山區(qū)延伸，對于地鐵車站基坑施工周期一般要跨越2～3個冬季，基坑支護工程面臨著冬季低溫的嚴峻考驗。近年來北京地區(qū)冬季異常寒冷，不斷出現(xiàn)極端低溫天氣，山區(qū)降溫劇烈（如2015年最低溫度在-27℃～-29℃），并且低溫持續(xù)時間較長，導致基坑凍害事故頻發(fā)。由于凍土中溫度、水分和應力之間的相互耦合是一個涉及熱傳質(zhì)學、熱力學、流體力學和物理化學的極其復雜的綜合問題，要有效的預防和抑制土體凍脹對越冬基坑

2、圍護結(jié)構(gòu)的影響，就必須充分考慮溫度、水分和應力的耦合作用。因此，本文以地鐵十三陵景區(qū)站基坑圍護結(jié)構(gòu)為研究對象，基于凍土水、熱、力耦合理論，主要采用數(shù)值手段對越冬基坑圍護結(jié)構(gòu)凍脹變形進行分析。主要工作如下:
　　(1)基于Harlan水熱耦合模型，考慮水分遷移及水冰相變對應力場的影響，建立水、熱、力耦合模型。通過引入Heaviside函數(shù)，消除凍土區(qū)與未凍土區(qū)水、熱、力特性參數(shù)之間的跳躍性，同時將凍土區(qū)和未凍土區(qū)模型統(tǒng)一起來;利用多

3、場耦合分析軟件COMSOL Multiphysics中數(shù)學模塊的PDE模式進行二次開發(fā)，建立水、熱、力耦合控制方程，并將它們之間的耦合關(guān)系定義為變量的形式。
　　(2)利用COMSOL Multiphysics所建立的水、熱、力耦合模型，對土柱試驗進行數(shù)值模擬，并與室內(nèi)試驗的實測數(shù)據(jù)做對比，分析結(jié)果證明了凍土水、熱、力耦合模型及其數(shù)值方法的可靠性。
　　(3)最后，采用本文在COMSOL中建立的耦合模型，對地鐵十三陵景區(qū)站基

4、坑工程進行水、熱、力耦合數(shù)值模擬及分析。揭示了越冬基坑在水、熱、力相互作用下，溫度場、水分場及應力場中變量及參數(shù)的分布及變化規(guī)律;模擬出了凍結(jié)期內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)墻后水平凍深及地表垂直凍深的發(fā)展規(guī)律，最大垂直凍深為1.2m，并擬合得出凍深隨空氣凍結(jié)指數(shù)的平方根呈線性增長;有無支撐情況下圍護結(jié)構(gòu)的最大位移分別為3.6cm、7.4cm，說明橫支撐能夠有效減小圍護結(jié)構(gòu)凍脹變形;有無橫支撐情況下的沿圍護結(jié)構(gòu)深度的凍脹力均出現(xiàn)2個峰值，第一個峰值的位置分