多場耦合條件下高海拔寒區(qū)隧道溫度場及安全性評(píng)價(jià)研究.pdf

1、目前，對(duì)于高海拔寒區(qū)隧道的防凍設(shè)計(jì)仍沒有一種明確的計(jì)算方法，設(shè)計(jì)人員大多依據(jù)已有的工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行取值，經(jīng)常出現(xiàn)因防凍措施設(shè)計(jì)不足影響隧道運(yùn)營安全，或是設(shè)計(jì)過度造成浪費(fèi)的情況。同時(shí)，對(duì)于凍脹作用下襯砌結(jié)構(gòu)安全性評(píng)價(jià)也缺乏理論依據(jù)和計(jì)算方法，幾乎只能在隧道建成后通過觀察襯砌變形破壞來評(píng)價(jià)凍脹作用下隧道結(jié)構(gòu)安全性。隨著我國西部交通建設(shè)的快速發(fā)展，未來西部山區(qū)中必將建設(shè)大量的高海拔寒區(qū)隧道，寒區(qū)隧道防凍設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算和隧道結(jié)構(gòu)安全性評(píng)價(jià)方法必然會(huì)成

2、為建設(shè)中急需解決的問題。
　　本文依托巴朗山隧道工程的建設(shè)，對(duì)高海拔寒區(qū)隧道溫度場分布特征、隧道防凍設(shè)計(jì)方法和凍脹作用下隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全性評(píng)價(jià)展開了研究。根據(jù)隧道通風(fēng)影響下外界低溫環(huán)境對(duì)隧道溫度場的影響方式，提出了一種通過流體—熱耦合模型計(jì)算隧道洞內(nèi)氣溫分布特征及通風(fēng)影響下的圍巖溫度場計(jì)算方法。設(shè)計(jì)了一種通風(fēng)條件下隧道氣溫分布特征室內(nèi)模型試驗(yàn)，采用流體—熱耦合模型對(duì)模型試驗(yàn)中的不同工況進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，根據(jù)模型試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了簡單

3、邊界條件下流體—熱耦合模型的計(jì)算結(jié)果。在巴朗山隧道現(xiàn)場進(jìn)行氣溫實(shí)測工作，得到了巴朗山隧道施工階段氣溫分布特征。建立施工條件下的流體—熱耦合數(shù)值模型，并與現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。
　　根據(jù)裂隙巖體的滲流特性，提出了一種分別考慮一般裂隙巖體和破碎裂隙巖體的改進(jìn)的滲流計(jì)算方法和滲流影響下的圍巖溫度場計(jì)算方法。通過調(diào)查巴朗山隧道隧址區(qū)巖體裂隙發(fā)育特征和水文地質(zhì)條件，了解了巖體裂隙發(fā)育特征和地下水補(bǔ)給情況，并以此對(duì)巴朗山隧道裂隙巖體隧道滲

4、流場和滲流影響下的巴朗山初始巖溫場進(jìn)行了計(jì)算。
　　根據(jù)通風(fēng)和滲流影響下隧道圍巖溫度場計(jì)算方法，提出了一種考慮通風(fēng)—滲流耦合的寒區(qū)隧道溫度場計(jì)算模型，并實(shí)現(xiàn)了這種模型中的多種軟件的聯(lián)合求解。采用這種模型和計(jì)算方法對(duì)巴朗山隧道的圍巖溫度場進(jìn)行了數(shù)值分析得到了通風(fēng)—滲流影響下巴朗山隧道圍巖溫度場分布特征，并根據(jù)圍巖溫度場分布特征得到了巴朗山隧道的防凍措施設(shè)防長度為930m?？紤]寒區(qū)隧道中圍巖巖溫分布特征和地下水滲流影響方式，初步提出一

5、種寒區(qū)隧道通風(fēng)—滲流影響下的隧道洞內(nèi)氣溫估算公式，并采用該公式對(duì)巴朗山隧道防凍設(shè)防長度進(jìn)行了估算。
　　對(duì)現(xiàn)有的隧道凍脹模型及凍脹荷載分布特征計(jì)算方法進(jìn)行了討論，設(shè)計(jì)了一種考慮裂隙巖體滲流條件的隧道襯砌凍脹特征室內(nèi)模型試驗(yàn)，根據(jù)模型試驗(yàn)結(jié)果不同的凍脹荷載計(jì)算方法進(jìn)行了驗(yàn)證，確定出寒區(qū)隧道中凍脹荷載的分布形式?；谒淼酪r砌的應(yīng)力或收斂變形，提出了一種凍脹作用下隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全性評(píng)價(jià)方法，通過巴朗山隧道凍脹安全性現(xiàn)場監(jiān)測，采用該方法對(duì)