考虑通风条件下寒区隧道围岩及衬砌温度场变化规律研究

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1、西安科技大学硕士学位论文考虑通风条件下寒区隧道围岩及衬砌温度场变化规律研究专业名称：桥梁与隧道工程作者姓名：徐鑫指导教师：杨更社学位论文独创性说明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：日期：论文题目：考虑通风条件下寒区隧道围岩及衬砌温度场变化规律研究专业：桥

2、梁与隧道工程硕士生：徐鑫（签名）指导教师：杨更社（签名）摘要近年来，我国铁路建设区域已经延伸至西北部高寒地区，而与常规隧道相比，寒区隧道因隧址区位置以及气候原因导致冻害频发，严重影响了隧道主体结构的安全性，以致影响了隧道正常运营。温度是寒区隧道冻害发生的主要因素之一，故为防治寒区隧道发生冻害，必须了解高寒地区隧道围岩及衬砌温度场分布及变化规律。本文主要对寒区隧道围岩及衬砌的温度场基础理论进行分析，论述了温度场基本概念、边界条件及其分类和影响因素等相关理论；基于流体力学、传热学和空气动力学的基本原理与方法，推导出考虑通风条件下的寒区隧道围岩温度场模型，并对湍流数值模拟方法与热交换

3、理论进行分析。在此基础上，运用大型有限元软件ANSYS及ANSYS-FLUENT模块，通过简单算例验证风流场模型及其采用的湍流数值模拟方法的可行性，探讨风速、风温对围岩温度场的影响规律；在考虑昆仑山隧道工程地质条件情况下，采用数值分析方法探讨其在通风条件下围岩及衬砌在施工、运营期间温度场的变化规律及其防寒保温措施，并进一步考虑热力学基础上模拟分析寒区隧道围岩及衬砌位移、应力分布规律，从热力学的角度出发，分析各项防寒保温措施的优缺点。研究结果表明：风温、风速分别通过热传导、热交换两种方式对围岩及衬砌温度场产生直接、间接影响，对温度场的影响程度随风速、风温的逐渐增大分别呈现先增大后

4、趋于平缓、逐渐增大的趋势；通风对隧道洞口处影响程度略大于隧道中部，并随围岩埋深增加其影响程度逐渐减小；保温隔热层的设置对寒区隧道能起到明显的保温隔热效果，表面隔热法优于双层衬砌隔热法。关键词：寒区隧道；通风；围岩；温度场；数值模拟研究类型：应用研究Subject:StudyonTemperatureFieldandVariabilityofTunnelSurroundingRockandLininginColdRegionsConsideringtheConditionofVentilationSpecialty:BridgeandTunnelEngineeringName:X

5、uXin(Signature)Instructor:YangGengshe(Signature)ABSTRACTChina'srailwayconstruction,inrecentyears,hasextendedtonorthwestcoldarea,andcomparedwiththeconventionaltunnel,tunnelincoldregionscausecoldinjurypronebecauseoftunnelsitearealocationandclimate,seriouslyaffectthesafetyofthemainstructureofth

6、etunnel,evenaffectthenormaloperationofthetunnel.Temperatureisoneofthemainfactorsoffreezinginjuryoccursincoldregionstunnel,soinordertocontrolthetunnelfreezing,youmustunderstandthedistributionandvariationoftemperaturefieldinthealpineregionofthetunnel.Thispaperanalyzesthebasictheoryofthetempera

7、turefieldoftunnelsurroundingrockandliningincoldregions,discussesthebasicconceptsoftemperaturefield,boundaryconditionsanditsclassificationandfactorsandrelevanttheories;Basedonthebasicprinciplesandmethodsoffluidmechanics,heattransferandaerodynamicded