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1、公路工程论文范文:寒冷地域冻土公路隧道温度场特点分析1绪论1.1课题研究的背景近年来,我国的论文范文经济实力和综合国力有了很大的进步,交通建设发展迅猛,更是在近一个五年实施中,国家大力的发展交通事业,公路、铁路总里程更是不断的增加,交通建设在质和量上都有了飞速的发展⑴。随着我国人民生活水平的提高,大家对道路的质量有了更高的要求,为了满足人们对道路等级的新要求,大量公路隧道的建设就势在必行[2]。而我国寒区分布较为广泛,因此我国每年修建在寒区的險道数量非常多。据统计,已经运营的寒区公路道中,绝大部分都有不同程度的冻
2、害,出现问题的險道中有一半以上的发生渗漏,近五分之一的出现衬砌混凝土剥落、开裂、滑塌、沉陷等问题[4]。为了对这些隧道进行检测维修,我国各级政府部门每年都要投入大量的资金和人力,如我国东北林区修建的岭顶隧道、翠岭險道、西罗奇1号隧道和西罗奇2号隧道就是例证。很多險道因为有了严重的冻害而丧失了正常运营的能力,如玉希莫勒險道,这条遂道修建于上个世纪七八十年代,因为运营后洞中有大量积冰而停止使用;还有吉林的密江隧道和五虎岭隧道也是因为冬季洞中积冰、夏季洞中积水渐渐的影响了隧道的正常使用,而被迫停止了使用[5]。在日木,
3、也曾经对寒区隧道进行过调查,其巾绝大多数隧道也有这样或是那样的问题[6]。多年来国内外險道工的不断实践证明,寒区隧道中由于冬夏两季气温变化明显,水分相态转化反复,这种反复的冻融作用,将会对險道的衬砲结构产生反复不断的作用,轻则混凝土剥落,重则衬砲结构开裂,影响隧道主休的安全,缩短了隧道的使用寿命。近些来,虽然大部分随道都进行了各种保温防冻措施,但真正能保证隧道不发生冻害的例了还很少[7]。虽然險道冻害形式不同,但其产生的原因却基本上是相近的,都与围岩在冬季出现较长时间的负温有很大的关系,即險道围岩或衬砌内出现长时
4、间的负温区。而大部分隨道即使做了保温防冻措施,也不能够起到很好的保温防冻的效果,这与当初进行險道保温设计时没有搞明白寒区隨道的围岩温度场分布及_道开挖后險道围岩的变化规律有很大的关系[8]。因此,要对險道进行科学合理的保温设计,对險道内温度场的研究就显得尤为重要了。在險道进行保温设计之前,对險址区围告温度场和围若在隧道开挖后的变化规律进行研究,就成为目前險道保温设计的一个重要步骤[9]。1.2国内外寒区随道温度场研究现状1.2.1国外寒区隧道温度场研究现状国外对寒区險道冻害的研究,起步较早。十九世纪俄国就专门建立
5、了研究部门,进行冻害理论的研究。最早前苏联很多的工就已经开始了一维热传导和渗流的研究进而形成了新的热学模型,而后又将相关模型进行线性分析[10]。Harlan认识到土体中水分的势差,将围岩热量的传递与围岩中水分的迁移进行了综合的考虑,但具体围岩热传递方程却没有能够总结出来。后期他也参考了很多的模型,并吸收了很多数据经验,将其模型进行了优化,统一称为机理模型。Nixon在学习Harlan的模型后,又综合考虑了冻土的其他热力学参数,建立了水热迁移稱合模型[]。1995年,Corapciogleetal学习了前人的模型
6、后,将热与质和力进行了稱合,从理论上分析非饱和冻土固结,但这种分析方法却无法在当时得到解在工程实际冻害的防制措施研究方面,主要也是国外起步较早。而且工程冻害防制措施的研究方向主要集中在三个方面:采用隔热保温材料对險道进行冻害的防制,采用供热设备对隧道进行保温,采用绝热材料对險道进行冻害的防制。提出用绝热材料对險道进行处理方案最早的国家是日本,广大日木工提出的这个方案,是结合当地气象统计资料,并且运用数学极限解析方法,对險道幵挖后洞内年平均温度、围岩变化规律及洞内大气的变化幅度进行计算,从而对绝热材料进行确定[14
7、]。最早提出对險道进行供热保温处理的国家是俄罗斯,但在后期这种方案由于在经济上耗费巨大,而渐渐的被广大的工所忽略[15]。1.2.2国内寒区随道温度场研究现状我国的寒区險道理论研究起步较晚,建国初,中国科学院工程研究所对寒区險道进行了深刻的研究,主要的研究方向是險道冻融圈和冻胀力学[16]。隧道开挖后,对裸露在空气中围若,我国工主要考虑了水分和大气温度对围若温度场的影响,并且结合热学和渗流学的相关理论,提出了險道开挖和运营中的围岩温度场的计算公式[17]。并且采用伽辽金法,结合其他热学公式,建立围岩温度场的数值模
8、型,提出了相关的围岩冻胀力计算公式。中铁西南科学研究院还根据險道的不同的地质构造,设定不同的围岩条件,利用有限元模型,对險道围岩冻胀进行了更深的研究。华南理工大学的何春雄教授等也对随道进行了数倍分析,他们假定了隧道中的空气是进行层流,这样險道就可以简略成轴对称进行研究,而实际工程中險道内大气的流通方式并非假定的样子,所以这样的研究对实际的工程施工和设计的指导意义不大[21
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