哈爾濱地鐵三號線風井及其在運營期的凍害研究.pdf

1、凍土是一種對溫度極為敏感的土體介質，其性質隨著溫度和凍融過程的發(fā)展而動態(tài)變化。我國凍土覆蓋面積廣，工程凍害事故頻發(fā)，凍土區(qū)構筑物在土的凍脹融沉影響下易造成變形過大和失穩(wěn)。哈爾濱三號線某風井地處松花江旁，周圍土質及地下水環(huán)境復雜，在風井建設及運營過程中需要預估和分析土的凍脹對風井產生的危害，提供防凍害措施。水熱力耦合計算分析是預估和研究凍害的重要手段。本文在參考前人理論的基礎上，采用水熱力耦合數值分析的方法完成了哈爾濱地鐵三號線風井基坑和

2、運營期風井的凍害預估及分析。本文主要工作及結論:
　　(1)總結現有理論的基礎上建立了基于水熱遷移的凍土水熱耦合模型。建立了土的比熱容、熱導率等參數與土中基本參數的動態(tài)關系，實現了計算參數的動態(tài)化，解決了深基坑土質復雜，水熱場初始參數難以確定的問題。
　　(2)確定了基坑不同土層的水熱參數和初始條件。引入Heaviside二維階躍平滑函數，建立了與實際情況更相符的水分場初始值和極寒溫度邊界條件，增強了完全參數化后數值計算的收

3、斂性。應用COMSOL Multiphysics軟件的二次開發(fā)功能，完成了基坑及運營期風井的水熱耦合計算。
　　(3)建立了飽和土凍脹模型。以溫度場和含冰量為基礎，應用COMSOLMultiphysics軟件完成了風井基坑的應力-應變場計算，分析了風井基坑越冬期間正常氣溫情況下和極寒氣溫情況下溫度場、水分場及應力-應變場的分布情況，對基坑凍害做了初步評估，并設計了降低凍脹效應的鋼支撐。
　　(4)根據天氣統(tǒng)計及井壁溫度統(tǒng)計建