【博士】多年凍土隧道開挖穩(wěn)定性及其滲漏水特征分析【2005】

內(nèi)容簡介

　　學科專業(yè)：巖土工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：中南大學　　學位年度： 2005年　　針對青藏鐵路昆侖山隧道工程中的兩個關鍵問題——多年凍土隧道工程的開挖與襯砌矛盾和昆侖山隧道滲漏水特征分析及相應的治理方案展開研究，首先介紹了工程背景，以熱力學理論為基礎，采用有限元技術對不同模型進行數(shù)值模擬；通過施工溫度場監(jiān)測，形成了昆侖山隧道工程開挖施工控制與預報系統(tǒng)；通過昆侖山隧道洞內(nèi)排水溝流量測試、連通試驗、地溫及水位觀測，闡明了昆侖山隧道滲漏水特征，同時也驗證了移動邊界計算模型的正確性，而移動邊界計算模型的引入又從理論上解釋了昆侖山隧道形成這種滲漏水特征的原因。　　昆侖山隧道的開挖與襯砌：　　1)通過對昆侖山隧道自然環(huán)境特征分析，初步把握了昆侖山隧道工程的自然氣溫規(guī)律，為整個隧道工程的施工和研究提供了依據(jù)。　　2)通過對施工環(huán)境溫度場的監(jiān)測和數(shù)理統(tǒng)計分析，第一次提出了分區(qū)溫度場適應不同工序作業(yè)的理念，解決了多年凍土隧道工程開挖與襯砌的矛盾，極大地改善了洞內(nèi)的作業(yè)環(huán)境，且將施工對多年凍土環(huán)境的熱擾動降到最低。　　3)根據(jù)昆侖山隧道工程實際情況建立有限元模型，對隧道不同開挖過程進行了數(shù)值模擬，以發(fā)現(xiàn)可能存在的穩(wěn)定問題，從而選取了合理的隧道開挖方案。　　4)根據(jù)工程實際情況選取了瞬態(tài)傳熱分析有限元模型和邊界條件，對圍巖狀態(tài)進行了數(shù)值模擬。結合旖工安全的需要，將昆侖山隧道的開挖過程分為四個階段，并在此基礎上建立了第一個多年凍土隧道工程施工控制與預測系統(tǒng)，成功地指導了昆侖山隧道工程的開挖與襯砌拖工?！　±錾剿淼罎B漏水特征分析：　　1)重新定義了移動邊界的概念，將其增加新的內(nèi)涵，并提出了產(chǎn)生移動邊界特征的充要條件，首次揭示了流動的熱載體(水)對多年凍土熱融蝕作用遠遠大于靜態(tài)水對多年凍土的熱融蝕作用的原因，為工程界進一步認識凍土提供了新的理論依據(jù)?！　?)根據(jù)移動邊界的定義，建立了移動邊界特征計算模型，并在通用商業(yè)有限元程序的基礎上，編寫了自開發(fā)模塊，實現(xiàn)了移動邊界特征計算程序化。討論了具有移動邊界特征的多年凍土(巖)融化速度的影響因素，明確臨界阻力距離是影響多年凍土融化速度的關鍵因素。采用本有限元程序?qū)Σ煌Ｐ瓦M行了模擬計算，創(chuàng)造性地從理論上解釋了昆侖山隧道滲漏水特征形成的原因?！　?)通過分析滲漏水位置與地形特征的關系，初步判斷昆侖山隧道之上的溝谷是該隧道滲漏水的原因?！　?)通過連通試驗，證實了昆侖山隧道#1和#2沖溝的地表水是隧道滲漏水的主要水源，同時進一步證明了在#l和#2沖溝處形成隧道滲漏水的水流路徑的存在?！　?)通過地溫及水文觀測資料分析，充分證實了位于昆侖山隧道#2沖溝沿溝心縱斷面方向存在至少一條未被凍結的通道，同時還證明了隧道工程對周邊多年凍土環(huán)境具有一定的影響?！　?)從昆侖山隧道滲漏水位置與地形特征出發(fā)，通過連通試驗、地溫與水位測試和移動邊界特征數(shù)值模擬，得出昆侖山隧道實際上是位于多年凍土區(qū)而存在局部凍融的隧道和相應的治理方案。　　

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