高巖溫鐵路隧道溫度應(yīng)力場(chǎng)耦合研究.pdf

1、隨著西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的深入開(kāi)展,作為交通線路中的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)物,隧道在西部地區(qū)越修越多。由于西部屬于多山且復(fù)雜地質(zhì)地區(qū),因此,這些隧道都不同程度的受到各種地質(zhì)災(zāi)害的影響,其中高巖溫便是較為突出的一種地質(zhì)災(zāi)害。地溫較高不僅影響隧道的建設(shè)和運(yùn)行,而且對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)的安全性產(chǎn)生不利影響。
　　本文以高海拔、高巖溫地區(qū)隧道—吉沃希嘎隧道工程為依托,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、結(jié)合傳熱學(xué)理論基礎(chǔ),采用ANSYS有限元軟件進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,研究了高海拔、高巖溫地

2、區(qū)隧道所在山體初始溫度場(chǎng)分布規(guī)律,并以此為初始條件,對(duì)二次襯砌在溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)耦合作用下的應(yīng)力分布進(jìn)行了較為細(xì)致的研究。最后,通過(guò)在初支和二次襯砌之間設(shè)置隔熱層,研究了隔熱層對(duì)二次襯砌溫度場(chǎng)分布的影響。論文主要工作及成果如下:
　　(1)運(yùn)用 ANSYS有限元軟件數(shù)值模擬了隧址區(qū)初始地溫場(chǎng)分布規(guī)律,得知地表以下25m左右為恒溫層,恒溫層溫度約為26℃,恒溫層至地表之間為變溫層,變溫層溫度受外界影響較大,恒溫層往下為增溫層。

3、　　(2)比較隧道開(kāi)挖初始實(shí)測(cè)的巖溫與數(shù)值模擬計(jì)算出的巖溫,發(fā)現(xiàn)兩者最大溫度差僅為4.6℃,兩者數(shù)據(jù)基本吻合,從而檢驗(yàn)了數(shù)值模擬的精確性與可靠性。
　　(3)以隧址區(qū)初始地溫場(chǎng)為初始條件,模擬了隧道二次襯砌在溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)耦合下的應(yīng)力分布情況。就斷面二而言,結(jié)果顯示,僅有重力載荷作用時(shí),仰拱承受的拉應(yīng)力為2.09MPa,最大壓應(yīng)力分布在拱腳處,為12.3MPa;當(dāng)同時(shí)施加重力和溫度載荷后,仰拱承受的拉應(yīng)力增大到2.14MPa,變化

4、較大,最大壓應(yīng)力仍分布在拱腳處,為8.66MPa。
　　(4)對(duì)于斷面二,同時(shí)施加溫度載荷及重力后,仰拱承受的拉應(yīng)力隨時(shí)間的推移逐漸減小;拱腳處的壓應(yīng)力持續(xù)增大,但變化幅度很小,由加載一個(gè)月后的8.42MPa增大到加載五年后的8.66MPa。
　　(5)由 ANSYS有限元軟件數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果可知,無(wú)隔熱層時(shí),襯砌施作五天后的最大溫度為45.976℃,分布在襯砌外邊緣,最小溫度分布在仰拱處,為28.342℃。在初支和二次襯砌