【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,城市規(guī)模的不斷擴(kuò)張。在這種形式下,我國軌道交通事業(yè)飛速發(fā)展。地鐵車站作為城市軌道交通的樞紐,其安全性關(guān)乎地鐵的正常運(yùn)營,關(guān)乎乘客生命及國家財(cái)產(chǎn)安全。因此,保障其安全穩(wěn)定性尤為重要。由于山區(qū)溫度比平原低很多,因此當(dāng)?shù)罔F車站位于山區(qū)時(shí),其在冬季更容易遭受凍害。針對(duì)上述問題,本文以北京昌平的十三陵景區(qū)車站為工程背景。采用理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,研究了該地鐵車站在冬季運(yùn)營時(shí),出入口側(cè)墻周圍土層溫度場(chǎng)的變化規(guī)律,并與天然土層溫度場(chǎng)的變化規(guī)律進(jìn)行了比較。在此基礎(chǔ)上,通過熱-力耦合的方法,計(jì)算了地鐵車站出入口側(cè)墻的水平凍脹力及水平凍脹位移。通過計(jì)算結(jié)果分析了水平凍脹力和水平凍脹位移沿側(cè)墻的分布規(guī)律。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)對(duì)凍土溫度場(chǎng)、水分場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)的基本公式進(jìn)行了研究和推導(dǎo)。對(duì)影響土體熱交換系數(shù)(導(dǎo)熱系數(shù)、容積熱容量)和質(zhì)交換系數(shù)(導(dǎo)濕系數(shù)、微分水容量)的各個(gè)因素(如總含水量、干密度、未凍水含量)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。并研究了各個(gè)參數(shù)的取值方法。(2)當(dāng)?shù)罔F車站在冬季運(yùn)營時(shí),本文對(duì)其出入口側(cè)墻周圍土層和天然土層溫度場(chǎng)的變化規(guī)律進(jìn)行了分析。研究了土體初始含水率對(duì)土層溫度場(chǎng)及凍結(jié)深度的影響。(3)根據(jù)熱-力耦合理論及溫度與未凍水含量的關(guān)系式,本文對(duì)土的熱膨脹系數(shù)的計(jì)算公式進(jìn)行了改進(jìn)。從理論上推導(dǎo)了封閉系統(tǒng)下飽和土熱膨脹系數(shù)的計(jì)算公式。并將該公式應(yīng)用到了數(shù)值計(jì)算當(dāng)中,計(jì)算的結(jié)果基本與實(shí)際相符。(4)研究了地鐵車站出入口側(cè)墻的水平凍脹位移及水平凍脹力沿側(cè)墻的分布規(guī)律。分析了土體含水率對(duì)側(cè)墻凍脹變形的影響及水平凍脹力隨凍結(jié)時(shí)間的變化規(guī)律。最后對(duì)比了不同類型出入口的凍脹變形。(5)對(duì)比分析了實(shí)測(cè)值和數(shù)值解的結(jié)果,證實(shí)了水平凍脹力沿埋深的分布規(guī)律受土體散熱條件(雙向凍結(jié)、單向凍結(jié))、建筑物的結(jié)構(gòu)形式及地下水埋深的影響。
[Abstract]:With the rapid development of economy, the scale of the city is expanding. In this form, the rapid development of rail transit in China. As the hub of urban rail transit, the safety of subway station is related to the normal operation of subway, the life of passengers and the safety of national property. Therefore, it is particularly important to ensure its safety and stability. The mountain area is much cooler than the plain, so subway stations are more vulnerable to freezing in winter when they are in the mountains. In view of the above problems, this paper takes the Ming Tombs scenic spot station in Changping, Beijing as the engineering background. Using the method of theoretical analysis and numerical simulation, the variation law of soil temperature field around the entrance wall in winter operation of the subway station is studied, and the variation law of temperature field of natural soil layer is compared with that of natural soil layer. On this basis, the horizontal frost heave force and horizontal frost heave displacement of the entrance and exit side wall of subway station are calculated by the thermal-mechanical coupling method. The distribution of horizontal frost heaving force and horizontal frost heave displacement along the side wall is analyzed. The main contents of this paper are as follows: (1) the basic formulas of temperature field, moisture field and stress field of frozen soil are studied and deduced. The factors affecting the heat exchange coefficient (heat conductivity, volumetric heat capacity) and mass exchange coefficient (moisture conductivity, differential water capacity) of soil are analyzed in detail, such as total water content, dry density and unfrozen water content. The methods of selecting the parameters are also studied. (2) when the subway station is in operation in winter, this paper analyzes the variation law of the temperature field in the soil layer and natural soil layer around the entrance and exit side wall. The influence of soil initial moisture content on soil temperature field and freezing depth is studied. (3) based on the thermal-mechanical coupling theory and the relationship between temperature and unfrozen water content, the calculation formula of soil thermal expansion coefficient is improved. The formula for calculating the coefficient of thermal expansion of saturated soil in a closed system is derived theoretically. The formula is applied to the numerical calculation, and the calculated results are basically consistent with the actual results. (4) the horizontal frost heave displacement and the distribution of horizontal frost heave force along the side wall of the entrance and exit side wall of subway station are studied. The influence of soil moisture content on the frost heave deformation of side wall and the variation of horizontal frost heave force with freezing time are analyzed. Finally, the frost heave deformation of different types of entrances and exits are compared. (5) the measured values and numerical results are compared and analyzed. It is proved that the distribution of horizontal frost heave force along the buried depth is subjected to soil heat dissipation conditions (bidirectional freezing, unidirectional freezing). The structural form of buildings and the influence of groundwater depth.
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TU445

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2374715