本文關(guān)鍵詞：濱海地鐵隧道人工凍結(jié)圍巖熱力耦合分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在地下工程建設(shè)向更深更難條件下發(fā)展的形勢下,凍結(jié)法技術(shù)將是在深厚表土層、含水地層中施工的有效方法。人工凍結(jié)法的本質(zhì)是為了加強(qiáng)土體的穩(wěn)定性、減少施工時土層的變形以及阻斷地下水的流動。但是,凍結(jié)法在施工過程中所產(chǎn)生的凍脹、融沉現(xiàn)象會對城市地面和建筑產(chǎn)生不利影響。因此,通過對地鐵隧道凍土帷幕的溫度場和位移場進(jìn)行數(shù)值模擬可以控制凍結(jié)時間和土層的凍脹融沉等問題。本文結(jié)合濱海地鐵隧道工程實例,用有限元ANSYS軟件建立了隧道水平凍結(jié)施工的模型,對積極凍結(jié)后的凍結(jié)帷幕溫度場和凍結(jié)條件下隧道開挖進(jìn)行了數(shù)值模擬,研究了隧道在積極凍結(jié)結(jié)束后的溫度場情況和凍結(jié)過程中的凍脹應(yīng)力場分布,研究了凍脹引起的地表豎向位移和土層位移隨時間變化規(guī)律,研究了隧道開挖后的應(yīng)力重分布情況和開挖引起的位移場分布。通過對積極凍結(jié)后的土體溫度場進(jìn)行數(shù)值分析,可以得到不同位置的凍結(jié)帷幕厚度和平均溫度。將計算結(jié)果與實測值進(jìn)行比較,調(diào)整參數(shù)重新計算,預(yù)測隧道一區(qū)的交圈時間為60-80天,此時凍土帷幕的平均溫度均不高于-10℃,凍土帷幕厚度將達(dá)到2m。通過凍結(jié)帷幕溫度場與應(yīng)力場耦合分析可知,除凍結(jié)帷幕附近外,越靠近模型底面,豎向應(yīng)力越大。上表面的水平應(yīng)力方向與負(fù)溫區(qū)相反,且在地面位置有最小應(yīng)力值,此后應(yīng)力隨著深度的增加而逐漸增大。初始應(yīng)力場和位移場都呈水平均勻分布,土層由上到下應(yīng)力值逐漸增加,位移值逐漸減小。應(yīng)力最大值為0.96MPa,位移最大值為16.7mm。通過對維護(hù)凍結(jié)期隧道開挖過程的分析,表明第一主應(yīng)力最大值出現(xiàn)在隧道底部兩腳附近,約為0.3MPa,第三主應(yīng)力最大值出現(xiàn)在隧道底部襯砌與臨時支架連接處,最大值約為0.5MPa。在隧道開挖完后,應(yīng)力關(guān)于隧道中心線呈對稱分布。剪應(yīng)力最大值出現(xiàn)在隧道兩側(cè)底角附近,最大值約為0.15MPa,這是由于隧道兩側(cè)底角曲率半徑小,導(dǎo)致此處應(yīng)力集中。最大彎矩位于襯砌和臨時支架連接處,約為152KN.m。通過對隧道在分區(qū)開挖時的應(yīng)力場、位移場和支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力情況進(jìn)行分析,驗證凍結(jié)帷幕設(shè)計參數(shù)的正確性和安全性。這對今后的凍結(jié)法施工設(shè)計有借鑒意義。
【關(guān)鍵詞】：人工凍土 水平凍結(jié)法 溫度場 凍結(jié)帷幕 數(shù)值分析
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U455.49;U231.3
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 1 緒論14-21
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 國內(nèi)外應(yīng)用及研究現(xiàn)狀15-20
• 1.2.1 人工地層凍結(jié)法國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀15-16
• 1.2.2 人工地層凍結(jié)法研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢16-20
• 1.3 研究內(nèi)容20-21
• 2 凍結(jié)帷幕溫度場基本理論21-36
• 2.1 凍土的組成成分21
• 2.2 凍土的物理力學(xué)特性21-27
• 2.2.1 熱物理性質(zhì)21-23
• 2.2.2 凍土的力學(xué)性質(zhì)23-27
• 2.3 凍結(jié)帷幕的溫度場27-36
• 2.3.1 人工凍土的形成過程27-28
• 2.3.2 凍結(jié)溫度場形成28-29
• 2.3.3 凍結(jié)溫度場的數(shù)學(xué)模型29-31
• 2.3.4 凍結(jié)溫度場溫度分布規(guī)律31-34
• 2.3.5 凍結(jié)帷幕內(nèi)平均溫度34-36
• 3 人工凍結(jié)法施工原理36-43
• 3.1 人工凍結(jié)法原理36
• 3.2 人工凍結(jié)法的優(yōu)缺點36-37
• 3.3 人工凍結(jié)法施工工藝37-39
• 3.4 凍結(jié)帷幕方案設(shè)計39-43
• 3.4.1 凍結(jié)帷幕的結(jié)構(gòu)形式39
• 3.4.2 凍土壁厚度計算39-41
• 3.4.3 凍結(jié)時間計算41
• 3.4.4 凍結(jié)孔布置41-43
• 4 有限單元法的理論基礎(chǔ)及熱應(yīng)力分析基本原理43-49
• 4.1 有限元法的理論基礎(chǔ)43-45
• 4.1.1 有限元法分析的基本原理43
• 4.1.2 有限元法解析步驟43-45
• 4.2 熱力學(xué)分析計算理論45-49
• 4.2.1 ANSYS熱分析的特點45-46
• 4.2.2 熱應(yīng)力分析46-49
• 5 人工凍結(jié)法在濱海某地鐵施工中的應(yīng)用49-59
• 5.1 工程概況49-51
• 5.2 施工條件51-52
• 5.2.1 地面及地下管線情況51
• 5.2.2 地質(zhì)條件51-52
• 5.2.3 水文地質(zhì)條件52
• 5.3 凍結(jié)制冷施工52-53
• 5.4 主要施工技術(shù)要點53-54
• 5.5 凍結(jié)施工設(shè)計參數(shù)54-59
• 5.5.1 凍結(jié)孔設(shè)計54-55
• 5.5.2 凍結(jié)帷幕設(shè)計55-59
• 6 凍結(jié)帷幕溫度場及熱應(yīng)力有限元分析59-69
• 6.1 凍結(jié)帷幕荷載概述59-60
• 6.2 本構(gòu)模型的選擇60
• 6.3 計算模型與參數(shù)的確定60-62
• 6.3.1 計算模型建立60-61
• 6.3.2 荷載及邊界條件61
• 6.3.3 計算參數(shù)確定61-62
• 6.4 ANSYS熱應(yīng)力數(shù)值模擬計算62-64
• 6.4.1 有限元模型及網(wǎng)格劃分62-64
• 6.4.2 計算假定64
• 6.5 結(jié)果計算與分析64-69
• 6.5.1 凍結(jié)溫度場模擬64-66
• 6.5.2 凍脹應(yīng)力場66-69
• 7 ANSYS隧道開挖過程數(shù)值模擬分析69-86
• 7.1 隧道開挖有限元分析概述69
• 7.2 開挖方式及參數(shù)輸入69-71
• 7.2.1 開挖方式69-70
• 7.2.2 計算模型70
• 7.2.3 結(jié)構(gòu)參數(shù)輸入70-71
• 7.3 應(yīng)力場與位移場分析71-81
• 7.3.1 初始應(yīng)力場分布71-73
• 7.3.2 最大主應(yīng)力分布73-77
• 7.3.3 剪應(yīng)力分布77-79
• 7.3.4 位移場分布79-81
• 7.4 支撐內(nèi)力分析81-85
• 7.4.1 軸力81-82
• 7.4.2 剪力82-84
• 7.4.3 彎矩84-85
• 7.5 本章小結(jié)85-86
• 8 結(jié)論與展望86-88
• 8.1 結(jié)論86-87
• 8.2 展望87-88
• 參考文獻(xiàn)88-91
• 致謝91-92
• 作者簡介及讀研期間主要科研成果92

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本文編號：284524