玻化微珠保温砂浆在寒区隧道保温防冻中的应用研究

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文3．1．1隧道围岩应力及变形分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯233．1．2隧道围岩压力弹塑性解⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯243．1．3隧道常用设计模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯283．2隧道隔热支护结构体系数值模拟【331⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．293．2．1隧道工程概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯303．2．2隧道隔热支护结构有限元模型建立及数值模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯313．3本章

2、小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．40第四章寒区有保温隔热层隧道径向温度场解析解及热工数值模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．434．1寒区有保温隔热层隧道径向温度场解析解⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．434．2寒区有保温隔热层隧道热工分析计算工况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．474．3寒区隧道径向温度场有限元数值模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．484．3．1有限元热分析基本理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯484．3．2热分析有限元控制方程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

3、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯504．3．3寒区隧道热传学传导方式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯504．3．4寒区隧道温度场的ANAYS实现⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯504．3．5寒区隧道各工况稳态温度场计算结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯524．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．54第五章结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯555．1结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

4、．．555．2展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．56参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯57致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6l攻读学位期间发表的学术论文目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯63太原理工大学硕士研究生学位论文1．1问题的提出第一章绪论1．1．1寒区隧道冻害现象寒区隧道根据冻土的分布情况可将其分成3类，分别为短时冻土

5、区、季节冻土区和多年冻土区【ll。冻土是指O'C以下，并含有冰的土或岩石，在我国冻土可分为多年冻土和季节性冻土。中国的领土面积一半以上是季节性冻土，冻土范围其南界从云南的章风，东经昆明、贵阳，绕过四川盆地北缘，一直到长沙、杭州一带。季节性冻土在黑龙江南部、吉林西北部以及内蒙古的东北部其深度可达到甚至超过3米，随着纬度的降低而减小。而多年冻土主要分布在东北的大兴安岭、青藏高原以及西部的天山、祁连山等地、其面积约为全国领土面积的五分之一。寒区隧道按照隧道地下水来源以及地下水的补给条件可将寒区隧道分为I

6、—V类，地下水是造成寒区隧道冻害的最常见也是最为严重的因素，隧道开挖过程以及施工中孔洞或裂隙的存在都会是隧道在地下水冻融作用下发生冻害。寒区隧道的主要冻害现象主要的表现形式有一下5种：(1)围岩冻胀力造成衬砌结构的破坏，比如衬砌层裂缝，衬砌层块体的疏松甚至衬砌结构的坍塌，最终造成隧道局部甚至整体的塌陷。(2)隧道渗漏水现象，例如隧道挂冰、拱部出现冰柱、路面结冰等。渗漏水会造成隧道路面阻断，甚至造成隧道工程的报废。渗漏水也是隧道最常见的冻害现象。(3)隧道排水沟及排水洞结冰。这种现象在我国大兴安岭的

7、冻土区如翠岭隧道的泄水洞结冰，造成冰厚度最大达到1．75m，冻结长度达到400m，造成地下水淹没隧道道床线路。(4)隧道洞口破裂现象。(5)寒区隧道突发性涌水现象，这种现象主要发生在隧道的含水围岩处且在局部融道或衬砌结构的局部薄弱点，通常在11月到12月发生，一般涌水水压大，持续时间一般在几小时，并且就地结冰121。太原理工大学硕士研究生学位论文图1-1隧道拱腰处渗水Fig．1—1waterseepageontunnelarch图卜3出口处渗水Fig．1—3waterseepageOiltunne

8、lexit图1-2f蝴处渗水Fig．1-2waterseepageontunnelvault图1-4环向渗漏水Fig．1-4waterseepageOntunnelarch1．1．2寒区隧道冻害的主要原因造成寒区隧道冻害的原因不仅与隧道本身的环境温度、隧道地质条件和结构类型有关，其最主要的原因是寒区隧道的气温年较差以及日较差较大，在衬砌后有水的条件下，如果隧道排水系统不畅，即造成水结冰现象从而产生很大的冻胀力。简言之，隧道冻害的主要原因就是排水防冻的问题，也就是如何将隧道衬砌后的水