寒区隧道保温材料浸水导热特性及合理厚度研究

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1、分类号:U4510710-2015221021专业硕士学位论文寒区隧道保温材料浸水导热特性及合理厚度研究庄园导师姓名职称李又云副教授专业学位类别申请学位类别硕士建筑与土木工程及领域名称论文提交日期2018年4月3日论文答辩日期2018年5月13日学位授予单位长安大学StudyonWaterAbsorptionandThermalConductivityandReasonableThicknessesofInsulationmaterialinColdRegionTunnelAThesisSubmittedfortheDegreeofMas

2、terCandidate：ZhuangYuanSupervisor：AssociateProf.LiYouyunChang’anUniversity,Xi’an,China论文独创性声明本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：年月日论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产

3、权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。（保密的论文在解密后应遵守此规定）论文作者签名：年月日导师签名：年月日摘要寒区隧道敷设保温层是使围岩温度场保持稳定，防止围岩发生冻胀的常用手段。保温材料导热系数是评判其保温效果的重要参数。在实际工程中，因各种因素的影响，隧道渗漏水现象较为常见，寒区隧道渗漏的发生将导致隧道保温材料的保温效果降低。目前，有关保温层材料性能的研究基本是在寒区隧道不发生渗漏水的理想条件下进行的，没有

4、考虑隧道渗漏水对隧道保温材料保温效果的不利影响。因此，结合寒区隧道渗漏水实际，开展隧道保温层材料的保温效果的研究具有重要意义。结合寒区隧道常用的保温材料类型，本文选取了酚醛、聚氨酯、福利凯三种保温材料，结合保温材料敷设方式，确定了自然主动吸水及有压被动吸水两种方式。为实现上述吸水方式，研制了吸水装置，在此基础上，分别对上述保温材料进行了吸水试验，得到了保温材料含水率随时间变化规律。在含水率一定的条件下，保温材料孔隙水分布也对保温效果有重要影响。为分析含水保温材料孔隙水分布，首先利用计算机断层成像技术得到CT扫描图像，然后依据图像灰度值的概

5、念，提出了灰度体积含水率、材料吸水饱和程度、平均吸水高度以及孔隙水分布体积比的概念及公式。在此基础上得到了保温材料含水率和灰度值的关系；进一步得到了不同含水率保温板孔隙水分布特点及沿保温板厚度方向含水率变化规律。保温材料含水率条件与保温材料导热系数的变化相关，依据准稳态法导热原理，运用自制的准稳态平板法测试装置对含水保温材料导热系数进行了测试，得到导热系数随含水率的变化规律，建立了含水率与导热系数间相应公式。结合某寒区隧道温度场变化实际，在多层圆筒壁传热计算理论的基础上，结合斯蒂芬公式给出了围岩最大冻结深度，基于保温层采用内置式和外置式两

6、种不同敷设方式，又建立了含水保温层厚度及导热系数的计算公式，并据此给出了寒区隧道含水保温层厚度设置建议值。关键字：寒区隧道，保温材料，CT扫描，导热系数，厚度设置IAbstractTheuseofthermalinsulationintunnelsincoldregionsisacommonlyusedmethodtostabilizethesurroundingrocktemperaturefieldandpreventfrostheaveinsurroundingrocks.Thermalconductivityofinsulatio

7、nmaterialisanimportantparametertojudgeitsinsulationeffect.Inpracticalengineering,duetotheinfluenceofvariousfactors,phenomenonoftunnelleakageiscommon.Tunnelleakagewillleadtoadecreaseintheinsulationeffectoftunnelinsulationmaterialsincoldregions.Atpresent,theresearchonthepro

8、pertiesofinsulatingmaterialsisbasicallycarriedoutundertheidealconditionofnotleakingwaterinthetun