多場耦合條件下高海拔寒區(qū)隧道溫度場及安全性評價研究.pdf

1、目前，對于高海拔寒區(qū)隧道的防凍設計仍沒有一種明確的計算方法，設計人員大多依據已有的工程經驗進行取值，經常出現(xiàn)因防凍措施設計不足影響隧道運營安全，或是設計過度造成浪費的情況。同時，對于凍脹作用下襯砌結構安全性評價也缺乏理論依據和計算方法，幾乎只能在隧道建成后通過觀察襯砌變形破壞來評價凍脹作用下隧道結構安全性。隨著我國西部交通建設的快速發(fā)展，未來西部山區(qū)中必將建設大量的高海拔寒區(qū)隧道，寒區(qū)隧道防凍設計參數計算和隧道結構安全性評價方法必然會成

2、為建設中急需解決的問題。
　　本文依托巴朗山隧道工程的建設，對高海拔寒區(qū)隧道溫度場分布特征、隧道防凍設計方法和凍脹作用下隧道襯砌結構安全性評價展開了研究。根據隧道通風影響下外界低溫環(huán)境對隧道溫度場的影響方式，提出了一種通過流體—熱耦合模型計算隧道洞內氣溫分布特征及通風影響下的圍巖溫度場計算方法。設計了一種通風條件下隧道氣溫分布特征室內模型試驗，采用流體—熱耦合模型對模型試驗中的不同工況進行了數值模擬分析，根據模型試驗結果驗證了簡單

3、邊界條件下流體—熱耦合模型的計算結果。在巴朗山隧道現(xiàn)場進行氣溫實測工作，得到了巴朗山隧道施工階段氣溫分布特征。建立施工條件下的流體—熱耦合數值模型，并與現(xiàn)場實測結果進行對比驗證。
　　根據裂隙巖體的滲流特性，提出了一種分別考慮一般裂隙巖體和破碎裂隙巖體的改進的滲流計算方法和滲流影響下的圍巖溫度場計算方法。通過調查巴朗山隧道隧址區(qū)巖體裂隙發(fā)育特征和水文地質條件，了解了巖體裂隙發(fā)育特征和地下水補給情況，并以此對巴朗山隧道裂隙巖體隧道滲

4、流場和滲流影響下的巴朗山初始巖溫場進行了計算。
　　根據通風和滲流影響下隧道圍巖溫度場計算方法，提出了一種考慮通風—滲流耦合的寒區(qū)隧道溫度場計算模型，并實現(xiàn)了這種模型中的多種軟件的聯(lián)合求解。采用這種模型和計算方法對巴朗山隧道的圍巖溫度場進行了數值分析得到了通風—滲流影響下巴朗山隧道圍巖溫度場分布特征，并根據圍巖溫度場分布特征得到了巴朗山隧道的防凍措施設防長度為930m?？紤]寒區(qū)隧道中圍巖巖溫分布特征和地下水滲流影響方式，初步提出一

5、種寒區(qū)隧道通風—滲流影響下的隧道洞內氣溫估算公式，并采用該公式對巴朗山隧道防凍設防長度進行了估算。
　　對現(xiàn)有的隧道凍脹模型及凍脹荷載分布特征計算方法進行了討論，設計了一種考慮裂隙巖體滲流條件的隧道襯砌凍脹特征室內模型試驗，根據模型試驗結果不同的凍脹荷載計算方法進行了驗證，確定出寒區(qū)隧道中凍脹荷載的分布形式?；谒淼酪r砌的應力或收斂變形，提出了一種凍脹作用下隧道襯砌結構安全性評價方法，通過巴朗山隧道凍脹安全性現(xiàn)場監(jiān)測，采用該方法對