分享到:

寒区隧道温度场数值模拟

0引言随着我国基础设施大力建设,越来越多的高速公路向高海拔地区、寒冷地区延伸,由于对寒冷地区的隧道工程特性认识不足,许多公路隧道出现了夏季刚竣工,冬季就发生冻害的问题(衬砌开裂、剥落、挂冰和路面冒水、结冰以及洞口处的热融滑塌等病害),大大弱化了隧道的使用功能,严重威胁着行车安全,需要花费大量人力、物力、财力养护维修,有的才能勉强通车运营,有的甚至近乎报废,养护治理都十分困难,给国家造成了巨大的破坏损失和资金浪费[1]。冻害的形成与发展离不开低于零度的温度条件,要改善、解决寒区隧道的冻害问题,首先应了解隧道的温度场分布情况。以东北某隧道为依据,进行了温度场一维数值模拟,还对保温层的保温效果进行了验证。1工程概况及温度荷载函数拟合海棠山隧道位于辽宁省阜新市境内全长3 525 m,属于特长隧道,是阜新至盘锦高速公路的关键性控制工程。隧址区气候属于北温带大陆季风气候区,四季分明,雨热同季,光照充足。最低月平均气温高于-22℃,夏季最高月...  (本文共4页) 阅读全文>>

西安科技大学
西安科技大学

考虑通风条件下寒区隧道围岩及衬砌温度场变化规律研究

近年来,我国铁路建设区域已经延伸至西北部高寒地区,而与常规隧道相比,寒区隧道因隧址区位置以及气候原因导致冻害频发,严重影响了隧道主体结构的安全性,以致影响了隧道正常运营。温度是寒区隧道冻害发生的主要因素之一,故为防治寒区隧道发生冻害,必须了解高寒地区隧道围岩及衬砌温度场分布及变化规律。本文主要对寒区隧道围岩及衬砌的温度场基础理论进行分析,论述了温度场基本概念、边界条件及其分类和影响因素等相关理论;基于流体力学、传热学和空气动力学的基本原理与方法,推导出考虑通风条件下的寒区隧道围岩温度场模型,并对湍流数值模拟方法与热交换理论进行分析。在此基础上,运用大型有限元软件ANSYS及ANSYS-FLUENT模块,通过简单算例验证风流场模型及其采用的湍流数值模拟方法的可行性,探讨风速、风温对围岩温度场的影响规律;在考虑昆仑山隧道工程地质条件情况下,采用数值分析方法探讨其在通风条件下围岩及衬砌在施工、运营期间温度场的变化规律及其防寒保温措施,...  (本文共88页) 本文目录 | 阅读全文>>

长安大学
长安大学

寒区隧道离壁式衬砌结构保温防冻设计及数值模拟研究

随着国家基础设施建设的深入,逐渐完善的交通路网规划使得交通设施的建设越来越多的延伸至曾经人迹罕至的高纬度、自然条件恶劣以及高海拔地区,因此需要在多年以及季节性冻土区域修建数量众多的公路隧道。论文针对困扰寒区公路隧道的冻害问题,以某寒区隧道为依托工程,结合气象和气温等条件,采用理论分析及数值模拟等手段对隧道温度场及采用离壁式衬砌保温防寒结构的效果进行模拟,并对离壁式衬砌结构隧道的保温防冻设计进行研究。论文得到主要结论如下:1.通过隧址气温年变化函数对隧道温度场进行加载模拟,得到气温、围岩热交换以及洞内空气是控制隧道温度场变化最为显著地因素,控制隧道通风温度是解决隧道防冻问题的主要途径。2.对采用离壁式衬砌结构的隧道温度场进行模拟,得到离壁式衬砌结构可以有效减轻隧道的冻害,其主要表现为延迟温度变化的作用时间。3.采用Q系统围岩分类法对围岩类别进行了划分,对离壁式衬砌中采用锚喷衬砌及采用高性能喷射混凝土衬砌(HPC)进行力学性能对比,...  (本文共72页) 本文目录 | 阅读全文>>

西南交通大学
西南交通大学

寒区铁路隧道围岩传热规律与中心深埋水沟设置研究

由于对寒区隧道周边温度随气温变化分布规律认识不足,或低估了季冻区冻融循环的不利影响,也缺乏一套合理的防寒排水技术。使大量寒区隧道发生不同程度冻害,直接威胁隧道结构稳定及通行安全,造成巨额的经济损失。系统的数值模拟预测与现场测试反演分析,是揭示隧道温度场时空分布规律及特征、控制围岩传热特性的地质与工程因素的关键环节,但至今这方面的研究还处于初步阶段。鉴于此,本论文在总结现有国内外季节性寒区隧道温度场研究的基础上,以中国铁路总公司科技研究开发计划重点课题“寒区高速铁路隧道防寒排水关键技术研究”为依托,选取京沈客专瓦房店隧道开展温度场现场测试。结合实测温度数据,辅以数学推导、数值模拟等手段对寒区隧道温度场的演变规律和中心深埋水沟的设置进行了细致研究,取得的主要结论和成果如下:(1)形成了一套集先进成熟的计算机技术、通信技术、数据采集技术及传感器技术于一体的寒区隧道温度场长期自动实时监测系统。(2)通过对现场测试数据整理分析得:①寒区隧...  (本文共89页) 本文目录 | 阅读全文>>

西南交通大学
西南交通大学

寒区隧道抗防冻机理及防治措施研究

随着经济的发展,寒区隧道的建设越来越频繁。高寒地区特殊的条件严重影响了隧道的施工和设计。针对寒区隧道温度检测费用高并且只能在在隧道施工后才能实施温度检测的难题,本文通过fluent数值模拟,这样不仅节约了成本同时也为隧道设计提供依据。基于以上认识,结合寒区隧道的特点,在本文,考虑围岩、衬砌和排水沟,以研究低温条件下寒区隧道侧沟设防的合理长度。首先通过具体的南山隧道为模型,以研究其排水沟保温设置长度,然后扩展到西南与东北地区排水沟保温设置长度,用以为相似地区提供初步的判断依据,最后,以八苏木隧道为依托研究了保温帘与保温层的防寒措施。从以下几个方面进行了研究:(1)以南山隧道为背景背景,建立寒区隧道侧水沟的横断面及纵向传热的非稳态传热模型,结合隧道内风流温度的变化,从隧道洞口开始,进行隧道侧水沟内温度的纵向分布研究,提出南山隧道寒区隧道侧沟抗冻设防段的长度。本报告所计算出的抗冻设防的合理长度约为1400m-1500m。(2)根据西南...  (本文共87页) 本文目录 | 阅读全文>>

石家庄铁道大学
石家庄铁道大学

寒区运营铁路隧道温度场与冻胀特性研究

我国正在加快推进交通体系建设,铁路建设更是迎来了新一轮的发展机遇,许多新建的铁路线逐渐向高海拔、高纬度的寒冷地区延伸,这其中包括大量的寒区隧道修建而成。寒区隧道工程因外界气候环境的特殊性所引起的工程问题已得到寒区工程问题专家重视,并作为一个重要的研究课题被提到日程。本文以准池铁路杀虎口隧道为工程依托,基于现场温度实测数据,对隧道洞内、外温度的变化规律进行了研究分析;利用数值模拟的方法,对二衬背后和围岩内部瞬态温度场在完整冻融循环周期的变化规律、隧道洞内0℃等温线的变化规律进行了拓展研究。运用积水冻胀模型,分别按岩体力学和结构力学方法对隧道衬砌背后空洞积水冻胀对其引起的受力和变形情况进行了数值模拟分析。主要的研究工作有:(1)寒区运营铁路隧道洞内、外实测温度场分布规律研究。根据布置原则,在隧道洞内、外不同里程位置布置温度传感器等一系列量测元件,对洞内、外环境温度及二衬背后、围岩内部温度量测项目进行长期监测,对现场实测数据整理分析,...  (本文共102页) 本文目录 | 阅读全文>>