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1、硕士学位论文考虑地下水渗流影响的隧道人工冻结法数值模拟研究NUMERICALSIMULATIONOFARTIFICIALGROUNDFREEZINGINTUNNELINGSUBJECTEDTOSEEPAGEFLOWSHAHIDHAMEEDULLAH哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号:TU445学校代码:10213国际图书分类号:624.1密级:公开工学硕士学位论文考虑地下水渗流影响的人工冻结法数值模拟研究硕士研究生：SHAHIDHAMEEDULLAH导师：陈剑副教授申请学位：工学硕士学科：土木工程
2、所在单位：土木工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：TU445U.D.C:424.1DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringNUMERICALSIMULATIONOFARTIFICIALGROUNDFREEZINGINTUNNELINGSUBJECTEDTOSEEPAGEFLOWCandidate：SHAHIDHAMEEDULLAHSupervisor：AssociateProf.ChenJianAcade
3、micDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：CivilEngineeringAffiliation：SchoolofCivilEngineeringDateofDefense：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要社会的不断发展和人口的持续增长,为城市地下空间的进一步开发利用创造了需求。修建地下结构通常需要进行开挖支护，同时要
4、求土体具有足够的强度,以便在开挖过程中能保持地层稳定。在高地下水位的软土地层中进行开挖时,一般需要采取适当的地基土加固措施。人工冻结法是岩土工程地基加固中常用的技术,适用于高地下水位软弱地层的隧道施工、边坡加固、地下水控制和临时开挖支护等。人工冻结法是一种多用途的技术,与注浆加固相比,人工冻结法是完全可逆的,对环境影响较小的地基加固方法。但对于高地下水流速的地层，由于地下水提供了连续的热源，使得人工冻结壁的交圈时间较长，有时甚至无法实现地层的冻结闭合。为探讨地下水流速对人工冻结效果的影响,本文基于COMS
5、OLMultiphysics软件，对不同渗透流速作用下地铁隧道人工冻结加固效果进行数值模拟，探讨不同渗透流速下人工冻结壁形成的机理。本文基于多孔介质的传热和渗流理论,建立了二维有限元数值模型,模拟了不同渗流速度下地铁隧道温度场随时间推移的变化规律。模拟结果表明，人工冻结圈的形成受地下水渗流速度的影响极大，在无地下水渗流的情况下,冻结管周围温度场对称分布。在有地下水渗流时,冻结管周围温度场的分布不对称,与下游侧冻结管相比，上游侧冻结管受渗流影响更严重。在超过特定的渗流速度下（大于2m/day）,人工冻结壁无
6、法形成。通过与以往的室内实验及现场监测数据的对比,验证了数值仿真结果的正确性。此外，本文对不同土壤类型的温度场分布规律进行了研究。结果表明,砂质土比粘性土更有利于进行人工冻结。最后，本文对哈尔滨地铁车站人工冻结工程进行了数值模拟，同时收集了现场监测点的温度分布值。通过温度场的监测结果与模拟结果进行比较，验证了数值模拟结果的有效性。关键字:人工冻结法、渗流速度、水热耦合，现场监测-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractThefuturedevelopmentofsocietyandthecont
7、inuousgrowthofpopulationarecreatingthedemandforgreaterutilizationofundergroundspaceinurbanareas.Excavationsupportisrequiredtobuildundergroundstructures.Fortheconstructionofundergroundstructures,thesoilshouldbestrongenoughsothatitcanbeartheoverburdenloadse
8、asilyduringexcavation.Inthewater-richsoftground,itisextremelydifficulttoexcavatethesoilforundergroundstructureswithoutstrengtheningtheground.Artificialgroundfreezing(AGF)isacommonlyusedtechniqueingeotechnicalenginee
