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文檔簡介
1、地鐵、公路隧道在運營過程中,會發(fā)生火災(zāi)。火災(zāi)高溫不僅對隧道襯砌結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性造成危害,而且還會將熱量傳導(dǎo)至襯砌外側(cè)的土體,在土體中形成溫度場,在熱的作用下,土體中的部分液態(tài)水出現(xiàn)熱濕遷移現(xiàn)象,使得土體中的濕度場重新分布;另一部分液態(tài)水吸收熱量發(fā)生氣化,以氣態(tài)形式存在于土顆粒之間的孔隙中,形成蒸汽場且具有一定的蒸汽壓力。在蒸汽壓力的作用下,襯砌外荷載增加,極有可能使已經(jīng)發(fā)生爆裂的混凝土襯砌發(fā)生破壞,同時蒸汽會沿著襯砌表面的裂縫進入襯
2、砌內(nèi)部,對鋼筋等造成腐蝕,進一步威脅隧道混凝土結(jié)構(gòu)安全。
本文以火災(zāi)高溫下含濕黃土熱濕遷移過程中的溫度場、濕度場、蒸汽場及蒸汽壓力場作為研究課題。應(yīng)用理論分析、試驗研究以及數(shù)值模擬的方法,對土樣導(dǎo)熱系數(shù)與含水率、干密度和自身溫度的函數(shù)關(guān)系,土樣的熱濕遷移現(xiàn)象,以及發(fā)生火災(zāi)時隧道外側(cè)土體的溫度場、濕度場、蒸汽場及蒸汽壓場進行了系統(tǒng)研究。
主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:
?。?)土樣導(dǎo)熱系數(shù)與含水率和干密度的關(guān)系。當(dāng)土
3、樣干密度不變時,其含水率越高,導(dǎo)熱系數(shù)越大;當(dāng)土樣含水率不變時,其干密度越大,導(dǎo)熱系數(shù)越大。
?。?)土樣導(dǎo)熱系數(shù)與自身溫度的關(guān)系。對于實驗所配制的干密度為1.5g·cm-3、含水率為5%的土樣,其導(dǎo)熱系數(shù)隨自身溫度呈一次線性相關(guān)。
?。?)土樣熱濕遷移現(xiàn)象的規(guī)律研究。土樣的溫度場分布存在“劇烈降溫區(qū)間”、“緩慢降溫區(qū)間”以及“恒溫區(qū)間”,距離熱源越近,測點的溫度越高,接近筒體邊緣時,測點溫度接近于常溫;土樣的濕度場分布
4、存在“水分擴散區(qū)間”、“水分集中區(qū)間”以及“未擾動區(qū)間”,隨著與熱源距離的增大,測點含水率先逐漸升高并出現(xiàn)含水率峰值,隨后逐漸減小至初始含水率。
?。?)發(fā)生火災(zāi)時隧道襯砌外側(cè)土體的溫度場、濕度場、蒸汽場和蒸汽壓力場研究。運用 FLUENT16.2進行數(shù)值模擬計算,建立了隧道模型,將火災(zāi)熱釋放率設(shè)定為30MW和50MW,隧道內(nèi)部風(fēng)速等級設(shè)定為0m/s、3m/s和5m/s,得到以下結(jié)論:
a.火源產(chǎn)生的熱量沿隧道縱向和橫
5、向的擴散范圍受到火災(zāi)規(guī)模和通風(fēng)速度的影響。
b.發(fā)生火災(zāi)后,襯砌外側(cè)土體中某一測點溫度越高,該點的水分遷移現(xiàn)象越明顯;火源熄滅后,土體中的溫度降低,原本吸收熱量發(fā)生氣化的水分釋放熱量轉(zhuǎn)化為液態(tài)水,使測點的含水率出現(xiàn)小幅上升。在水分遷移過程中存在熱量轉(zhuǎn)移,因此土體中溫度場和濕度場相互耦合。
c.液態(tài)水吸收熱量發(fā)生氣化,在土體內(nèi)部形成連續(xù)分布的蒸汽場。在土體孔隙體積不變的前提下,土體溫度越高,蒸汽含量越大,且氣體分子動力
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