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)和運營中會遇到凍脹和融沉兩大病害。本文圍繞多年凍土地區(qū)隧道工程的融沉問題，通過理論推導(dǎo)、經(jīng)驗歸納和數(shù)值模擬方法對融沉變形規(guī)律和熱害處治措施展開研究，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)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過函數(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處的溫度變化函數(shù)和在50年運營工況下隧道某斷面中心點處的溫度變化函數(shù)；
　　2.在考慮水的相變影響的基礎(chǔ)上，通過

2、理論推導(dǎo)的方法得到了凍土溫度場、應(yīng)力場和應(yīng)變場基本方程，建立了多年凍土隧道二維熱學(xué)、力學(xué)數(shù)值模型，實現(xiàn)了多年凍土隧道溫度場和應(yīng)變場的耦合計算；
　　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，利用ansys數(shù)值模擬軟件，分別模擬了在三種類型圍巖情況下隧道的溫度場和應(yīng)變場，得到了融沉圈深度隨時間的變化規(guī)律，確定了25%含水率的粉質(zhì)黏土為最不利的凍土類型、隧道拱頂段為最不利的位

3、置和在運營第16年時融沉深度最大；
　　4.針對多年凍土隧道在施工和運營兩種工況下熱害問題提出了相應(yīng)的處治措施，并利用ansys數(shù)值模擬軟件對處于最不利凍土類型（25%含水率的粉質(zhì)黏土）時襯砌表面敷設(shè)隔熱層后的溫度場和應(yīng)變場進行了模擬分析，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隔熱層在初期支護和二次襯砌之間，在運營階段盡快對融沉區(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)