發(fā)布時(shí)間：2017-09-26 23:36

  本文關(guān)鍵詞：隧道圍巖管幕凍結(jié)組合預(yù)加固中的凍脹量模擬計(jì)算分析

  更多相關(guān)文章： 人工地層凍結(jié) 溫度場(chǎng) ABAQUS 數(shù)值模擬 凍脹

【摘要】：二十一世紀(jì)是地下空間的世紀(jì),隨著國(guó)家將基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)戰(zhàn)略逐步轉(zhuǎn)為地下,各省市掀起了建設(shè)地下隧道的浪潮,其中沿海發(fā)達(dá)城市尤為突出。然而,沿海城市地區(qū)多為工程性質(zhì)極差的土質(zhì),含水量高,承載能力差。為了應(yīng)對(duì)此類(lèi)土層的隧道施工項(xiàng)目,人工水平凍結(jié)技術(shù)正越來(lái)越多被人們所重視。人工水平凍結(jié)法是指在隧道開(kāi)挖前,將凍結(jié)管沿著隧道開(kāi)挖面外圍預(yù)定位置頂進(jìn)土層中并通入低溫鹽水,與土體進(jìn)行熱交換,使凍結(jié)管周?chē)馏w孔隙水凍結(jié)成冰,形成凍土柱,最后凍土柱交圈形成凍結(jié)壁。人工凍結(jié)法作為隧道施工預(yù)加固技術(shù)具有明顯優(yōu)勢(shì)：封水可靠、適用性強(qiáng)以及無(wú)害環(huán)境。但人工凍結(jié)法也有其局限性,即凍結(jié)過(guò)程中的伴隨有凍脹現(xiàn)象,危害周邊已埋管線(xiàn)與地表建筑。本文以港珠澳大橋珠海連接線(xiàn)拱北隧道暗挖段為工程背景進(jìn)行人工凍結(jié)法研究。首先,本文進(jìn)行了相關(guān)課題的調(diào)查研究,查閱大量資料,掌握了凍結(jié)工程中凍土的形成規(guī)律與凍脹現(xiàn)象的形成機(jī)理；接著采用理論分析與ABAQUS數(shù)值模擬的方法研究了人工凍結(jié)法與管幕法組合的情況下,積極凍結(jié)過(guò)程中土層溫度場(chǎng)的變化規(guī)律,并且通過(guò)三種凍結(jié)方案(單管凍結(jié)方案、雙管凍結(jié)方案、異形凍結(jié)管延遲開(kāi)啟凍結(jié)方案)的數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比分析,得出最佳凍結(jié)方案；最后對(duì)實(shí)際工程施工的關(guān)鍵技術(shù)提出相關(guān)建議。通過(guò)研究表明,單根凍結(jié)管凍結(jié)時(shí)凍結(jié)區(qū)域基本是以?xún)鼋Y(jié)管橫截面為圓心的圓形區(qū)域；多根凍結(jié)管凍結(jié)是,各凍結(jié)管形成的圓形凍土柱會(huì)逐漸融合并逐漸形成具有止水效果的凍結(jié)壁；在多種凍結(jié)方案中,同時(shí)開(kāi)啟圓形凍結(jié)管與異形凍結(jié)管有利于提高凍結(jié)效率,縮短凍結(jié)時(shí)間并且產(chǎn)生的地表凍脹位移量更小。
【關(guān)鍵詞】：人工地層凍結(jié) 溫度場(chǎng) ABAQUS 數(shù)值模擬 凍脹
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：U455.49
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 第一章 緒論13-22
• 1.1 課題來(lái)源及研究意義13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-18
• 1.2.1 人工凍結(jié)法的研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.2 管幕預(yù)加固法的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.3 管幕凍結(jié)組合預(yù)加固法的研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3 工程概況18-20
• 1.3.1 地質(zhì)條件與水文條件19-20
• 1.3.2 周邊建筑及地下管道20
• 1.4 課題研究?jī)?nèi)容與方法20-22
• 1.4.1 研究?jī)?nèi)容20-21
• 1.4.2 研究技術(shù)路線(xiàn)21-22
• 第二章 凍土的組成與物理力學(xué)特性22-35
• 2.1 凍土的物質(zhì)組成22-26
• 2.1.1 凍土中的土顆粒22-23
• 2.1.2 凍土中的冰23-24
• 2.1.3 凍土中的未凍水24-26
• 2.1.4 凍土中的氣體26
• 2.2 凍土的熱物理特性26-31
• 2.2.1 土體的結(jié)冰溫度26-27
• 2.2.2 凍土的導(dǎo)熱系數(shù)27-28
• 2.2.3 凍土的熱容量與比熱28-30
• 2.2.4 凍土的導(dǎo)溫系數(shù)30-31
• 2.2.5 凍土的相變潛熱31
• 2.3 凍土的力學(xué)特性31-33
• 2.3.1 凍土的抗壓強(qiáng)度31-32
• 2.3.2 凍土的抗拉強(qiáng)度32
• 2.3.3 凍土的抗剪強(qiáng)度32-33
• 2.4 凍土的蠕變性33-35
• 2.4.1 凍土蠕變的類(lèi)型33-34
• 2.4.2 凍土蠕變的影響因素34-35
• 第三章 水平地層凍結(jié)溫度場(chǎng)與數(shù)值模擬分析35-57
• 3.1 凍土與溫度場(chǎng)的形成35-40
• 3.1.1 凍土形成的基本過(guò)程35-36
• 3.1.2 凍結(jié)過(guò)程中的水分遷移36-38
• 3.1.3 土中水凍結(jié)成冰機(jī)制38-39
• 3.1.4 凍結(jié)工程凍結(jié)壁的形成過(guò)程39-40
• 3.2 單管凍結(jié)溫度場(chǎng)的解析分析40-44
• 3.2.1 溫度場(chǎng)計(jì)算模型的建立40-41
• 3.2.2 模型求解條件41-42
• 3.2.3 計(jì)算模型的求解42-44
• 3.3 凍結(jié)溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬44-56
• 3.3.1 ABAQUS軟件簡(jiǎn)介44-45
• 3.3.2 ABAQUS中熱傳遞的有限元方法理論45-47
• 3.3.3 溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬47-56
• 3.4 本章小結(jié)56-57
• 第四章 地表凍脹量與數(shù)值模擬計(jì)算分析57-84
• 4.1 地層凍脹概述57-62
• 4.1.1 凍脹的形成機(jī)理57
• 4.1.2 土體凍脹的影響因素57-59
• 4.1.3 凍脹計(jì)算模型59-62
• 4.2 凍脹量計(jì)算的熱力耦合模型62-64
• 4.3 凍脹位移場(chǎng)的數(shù)值模擬分析64-83
• 4.3.1 ABAQUS在熱力耦合問(wèn)題中的應(yīng)用64
• 4.3.2 模型的建立64-67
• 4.3.3 凍脹位移的用戶(hù)子程序67-68
• 4.3.4 凍結(jié)方案設(shè)計(jì)68
• 4.3.5 凍脹位移模擬結(jié)果及對(duì)比分析68-81
• 4.3.6 凍脹率影響因素分析81-83
• 4.4 本章小結(jié)83-84
• 第五章 拱北隧道暗挖段凍結(jié)法施工關(guān)鍵技術(shù)分析84-90
• 5.1 拱北隧道暗挖段凍結(jié)施工概述84-86
• 5.1.1 凍結(jié)整體設(shè)計(jì)84
• 5.1.2 凍結(jié)工程工作原理84-85
• 5.1.3 鹽水循環(huán)模式85-86
• 5.2 凍結(jié)施工關(guān)鍵技術(shù)86-89
• 5.2.1 鹽水管保溫86-87
• 5.2.2 凍結(jié)管鋪設(shè)87
• 5.2.3 凍結(jié)監(jiān)測(cè)87-88
• 5.2.4 凍脹控制88
• 5.2.5 地表變形監(jiān)測(cè)88-89
• 5.3 本章小結(jié)89-90
• 結(jié)論與展望90-92
• 參考文獻(xiàn)92-97
• 致謝97

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