哈爾濱地鐵三號(hào)線風(fēng)井及其在運(yùn)營期的凍害研究.pdf

1、凍土是一種對(duì)溫度極為敏感的土體介質(zhì)，其性質(zhì)隨著溫度和凍融過程的發(fā)展而動(dòng)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(gòu)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(hào)線某風(fēng)井地處松花江旁，周圍土質(zhì)及地下水環(huán)境復(fù)雜，在風(fēng)井建設(shè)及運(yùn)營過程中需要預(yù)估和分析土的凍脹對(duì)風(fēng)井產(chǎn)生的危害，提供防凍害措施。水熱力耦合計(jì)算分析是預(yù)估和研究凍害的重要手段。本文在參考前人理論的基礎(chǔ)上，采用水熱力耦合數(shù)值分析的方法完成了哈爾濱地鐵三號(hào)線風(fēng)井基坑和

2、運(yùn)營期風(fēng)井的凍害預(yù)估及分析。本文主要工作及結(jié)論:
　　(1)總結(jié)現(xiàn)有理論的基礎(chǔ)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(dǎo)率等參數(shù)與土中基本參數(shù)的動(dòng)態(tài)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算參數(shù)的動(dòng)態(tài)化，解決了深基坑土質(zhì)復(fù)雜，水熱場初始參數(shù)難以確定的問題。
　　(2)確定了基坑不同土層的水熱參數(shù)和初始條件。引入Heaviside二維階躍平滑函數(shù)，建立了與實(shí)際情況更相符的水分場初始值和極寒溫度邊界條件，增強(qiáng)了完全參數(shù)化后數(shù)值計(jì)算的收

3、斂性。應(yīng)用COMSOL Multiphysics軟件的二次開發(fā)功能，完成了基坑及運(yùn)營期風(fēng)井的水熱耦合計(jì)算。
　　(3)建立了飽和土凍脹模型。以溫度場和含冰量為基礎(chǔ)，應(yīng)用COMSOLMultiphysics軟件完成了風(fēng)井基坑的應(yīng)力-應(yīng)變場計(jì)算，分析了風(fēng)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(yīng)力-應(yīng)變場的分布情況，對(duì)基坑凍害做了初步評(píng)估，并設(shè)計(jì)了降低凍脹效應(yīng)的鋼支撐。
　　(4)根據(jù)天氣統(tǒng)計(jì)及井壁溫度統(tǒng)計(jì)建