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Model test study of frost heaving pressures in tunnels excavated in fractured rock mass in cold regions 被引量:2
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作者 Bing Sun 《Research in Cold and Arid Regions》 2010年第5期405-410,共6页
Based on the similarity theory, taking the horseshoe, city-gate and round linings as examples, the value and distribution regularities of normal frost heaving pressures (hereinafter as frost heaving pressures) in tu... Based on the similarity theory, taking the horseshoe, city-gate and round linings as examples, the value and distribution regularities of normal frost heaving pressures (hereinafter as frost heaving pressures) in tunnels excavated in fractured rock mass in cold regions under different constraints and freezing depths were studied by a test model. It was found that the larger the frozen depth, the larger the frost heaving pressure, and the stronger the top constraint, the larger the frost heaving pressure. For the horseshoe lining and city-gate lining, the top constraint has a greater effect on the frost heaving pressures on the arch and the inverted arch. For the round lining, the influences of the top constraint on the frost heaving pressure in all linings are almost the same. The frost heaving pressure is maximum on the city-gate lining and minimal on the round lining. The largest frost heaving pressure all occur near the foot of the inverted arch for the three kinds of lining. Thus, the test data basically coincide with the observed in situ data. 展开更多
关键词 tunnel in cold region fractured rock mass frost heaving pressure model test
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2D DEM analyses for T-M coupling effects of extreme temperatures on surrounding rock-supporting system of a tunnel in cold region 被引量:1
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作者 张玉军 杨朝帅 王永刚 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2013年第10期2905-2913,共9页
Taking the Kunlunshan Tunnel on Qinghai Tibet Railway as an engineering background, the curved wall-inverted arch lining of the tunnel was simplified into the straight wall-umbrella arch one, and the fractured rock ma... Taking the Kunlunshan Tunnel on Qinghai Tibet Railway as an engineering background, the curved wall-inverted arch lining of the tunnel was simplified into the straight wall-umbrella arch one, and the fractured rock mass with developed joints was treated as a discrete medium in the calculation. Using the UDEC code, the numerical simulations for thermo-mechanical coupling processes in the surrounding rock mass-supporting system were carried out aiming at the conditions of mean temperature, extreme highest temperature and extreme lowest temperature in one year. The distributions and changes of stresses, displacements, plastic zones, temperatures in the rock mass of near field, as well as the loading states in the model-building concrete and bolting were investigated and compared for these three computation cases. The results show that compared with the case of mean temperature, the ranges, where the temperatures of surrounding rock mass change obviously, are 6.0 m and 6.5 m, respectively, for the cases of extreme highest temperature and extreme lowest temperature; the displacements of tunnel are raised by 3.2 9.3 and 5.7 12.7 times, and the thicknesses of plastic zones reach 1.5 2.5 m and 2.0 4.5 m for case 2 and 3, respectively; the extreme temperatures of air have strong effects on the stress, deformation and failure states of supporting structure of tunnel in cold region, and the influence degree of extreme lowest temperature is the highest. 展开更多
关键词 EXTREME temperature tunnel in cold region THERMO-MECHANICAL coupling DISTINCT element method numerical analysis
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Numerical study on surrounding rock mass temperature field of Kangding tunnel no.2 considering wind flow
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作者 Hui Liu ZongXin Feng +2 位作者 GengShe Yang Long Jin JinJie Yu 《Research in Cold and Arid Regions》 CSCD 2022年第5期298-306,共9页
Based on the Kangding Tunnel No.2 project,this study analyzes the heat exchange between air and the rock mass surrounding the tunnel under wind flow by the finite difference method.The influence of factors on the temp... Based on the Kangding Tunnel No.2 project,this study analyzes the heat exchange between air and the rock mass surrounding the tunnel under wind flow by the finite difference method.The influence of factors on the temperature field of a tunnel in cold regions,including ventilation and initial conditions,is investigated.The results show that:1)The lower the air temperature,the greater the wind speed,the larger the rock mass temperature influence circle and the greater the frozen depth;2)When the wind speed is less than 3 m/s,its change has an obvious impact on the rock mass temperature;3)For every drop of 5C in air temperature,the frozen depth increases by about 5 m,indicating that the air temperature is an essential factor affecting the rock mass temperature regime;4)The higher the initial rock mass temperature is,the smaller the influence circle on the rock mass is.And to a certain extent,it determines the temperature distribution in the rock mass within a specific range from the wall surface. 展开更多
关键词 cold region tunnel Wind flow Temperature field Numerical simulation
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The lining responses for shallow mountain tunnels subjected to frost heaving 被引量:1
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作者 LING Xian-zhang YU Yuan +2 位作者 TANG Liang GENG Lin HAN Xiao 《Journal of Mountain Science》 SCIE CSCD 2022年第2期529-546,共18页
Mountain tunnels in cold regions are vulnerable to adverse effects of freezing action.Thus,it is necessary to identify the lining responses of shallow mountain tunnels subjected to freezing action.To quantify the infl... Mountain tunnels in cold regions are vulnerable to adverse effects of freezing action.Thus,it is necessary to identify the lining responses of shallow mountain tunnels subjected to freezing action.To quantify the influence of freezing action and key design parameters(such as cross-sectional shape;lining thickness;and waterproof measures)on the lining response,a thermal-hydro-mechanical coupled finite element(FE)model is established and verified.Then,specific consideration is given to the lining internal force and resulting axial stresses.And the influences of the cross-sectional shape,concrete parameters,and waterproof measures on the lining responses are investigated.Generally,the rectangular tunnel has the worst security;the circular tunnel is the safest.On the other hand,when the thermal conductivity is less than 2.2[W/(m·K)],a greater thermal conductivity will cause a greater risk of damage to the lining.Moreover,the drainage plate can reduce the value of minimum axial stresses,whether frozen or not,even eliminating the tensiondamaged area.Overall,this study helps to estimate the lining responses and prevent frost damages for shallow mountain tunnels during freezing period. 展开更多
关键词 Coupled thermal-hydro-mechanical model Mountain tunnel in the cold region Lining responses Cross-sectional shape Freezing action
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风流对寒区特长隧道洞内纵向温度场的影响
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作者 吴剑 郑波 +2 位作者 陶伟明 袁明 郭瑞 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第9期1762-1770,共9页
为揭示自然风流对寒区隧道洞内温度场的影响,以川西高海拔公路隧道为工程依托,基于现场调研、实地测试和数值模拟,分析洞内风流对未贯通隧道和已贯通运营隧道温度场的影响。研究表明:1)施工过程中,机械通风对施工期隧道洞内温度场的影... 为揭示自然风流对寒区隧道洞内温度场的影响,以川西高海拔公路隧道为工程依托,基于现场调研、实地测试和数值模拟,分析洞内风流对未贯通隧道和已贯通运营隧道温度场的影响。研究表明:1)施工过程中,机械通风对施工期隧道洞内温度场的影响较大,加大了洞外冷空气对洞内温度场的影响,使得洞内负温段有所延长;2)单向风流作用下,贯通隧道洞内温度场具有进风口端温度低、出风口端温度偏高的特征,纵向温度场具有非对称性特征;3)对于寒区特长运营隧道,在洞内无风或有微弱风流的情况下,外界冷空气很难影响到洞内温度场;4)洞内存在双向交替风流时,贯通隧道洞内温度一般呈现出洞口低、中间区域高的特征,纵向温度场呈现抛物线形的特征。 展开更多
关键词 寒区隧道 自然风 温度场 单向通风 防冻设计
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特高海拔寒区隧道温度场演化规律——以黑恰隧道工程为例
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作者 潘振华 包卫星 +2 位作者 卢汉青 车博文 尹严 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第9期1799-1810,共12页
为研究特高海拔寒区隧道温度场的时空分布特征及其变化规律,以青藏高原西北部喀喇昆仑高山区的黑恰隧道为依托工程,首先,在现场建立包括气象要素在内的寒区隧道远程自动监测系统,对特高海拔寒区隧道温度场演化规律进行分析研究;其次,提... 为研究特高海拔寒区隧道温度场的时空分布特征及其变化规律,以青藏高原西北部喀喇昆仑高山区的黑恰隧道为依托工程,首先,在现场建立包括气象要素在内的寒区隧道远程自动监测系统,对特高海拔寒区隧道温度场演化规律进行分析研究;其次,提出考虑湍流对流传热和热传导作用下的隧道三维数值模型,利用现场监测数据验证该模型的准确性;最后,讨论铺设保温层前后隧道温度场的变化特性。研究结果表明:1)在距进口0~270 m隧道受到冻融作用影响,洞内气温与衬砌温度呈线性正相关关系;2)隧道洞内气温对隧道径向温度场的影响主要体现在衬砌和浅层围岩;3)在最冷月平均气温方面,不同类型寒区隧道温度大小关系为特高海拔<高纬度<高海拔,在最大冻结深度方面,不同类型寒区隧道最大冻结深度大小关系为特高海拔>高纬度>高海拔;4)铺设保温隔热层后,保温层对衬砌与围岩起到良好的保温作用。 展开更多
关键词 特高海拔 寒区隧道 温度场 数值模型 现场监测
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寒区隧道防冻保温层隔热作用机理及其厚度影响因素研究
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作者 陈建勋 董体健 +2 位作者 赵鹏宇 黄解放 杨野东 《建筑科学与工程学报》 CAS 北大核心 2024年第3期129-137,共9页
针对寒冷地区公路隧道防冻保温层表面铺设,共设置了21组计算工况,通过对年周期下隧道防冻保温层、衬砌结构和围岩沿径向温度场变化以及各工况所需的防冻保温层厚度进行数值模拟计算,研究隧道防冻保温层隔热作用机理及其所需厚度的影响... 针对寒冷地区公路隧道防冻保温层表面铺设,共设置了21组计算工况,通过对年周期下隧道防冻保温层、衬砌结构和围岩沿径向温度场变化以及各工况所需的防冻保温层厚度进行数值模拟计算,研究隧道防冻保温层隔热作用机理及其所需厚度的影响因素。结果表明:防冻保温层隔热作用显著,主要体现在使隧道衬砌结构和围岩年温度振幅降低上,同时年平均温度也有一定升高;随着防冻保温层铺设厚度增大,隧道衬砌结构和围岩年平均温度和年温度振幅分别呈指数函数升高和降低,相应的年最低温度也呈指数函数升高,防冻保温层厚度越大,隔热效果越好,但是隔热效率不断降低;围岩导热系数越大,导温系数越小,防冻保温层隔热效果越显著;防冻保温层所需厚度随围岩导热系数和围岩初始温度升高呈指数函数减小,随围岩导温系数升高呈对数函数增加,随年平均气温和年温度振幅升高分别呈线性减小和增加,防冻保温层厚度应综合考虑以上各因素进行计算确定。 展开更多
关键词 隧道工程 寒冷地区 防冻保温层 隔热机理作用 影响因素
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高海拔严寒地区隧道冻害研究现状及展望 被引量:1
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作者 乔雄 杨小龙 冯勇 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第2期233-256,I0033-I0056,共48页
针对高海拔严寒地区隧道冻害问题,结合隧道冻害的相关研究,从冻害类型及原因分析、冻害机制、温度场、处置措施等4个方面的现状进行阐述和分析,对当前研究存在的不足和未来的发展方向进行探讨。主要成果为:1)通过对高海拔严寒地区隧道... 针对高海拔严寒地区隧道冻害问题,结合隧道冻害的相关研究,从冻害类型及原因分析、冻害机制、温度场、处置措施等4个方面的现状进行阐述和分析,对当前研究存在的不足和未来的发展方向进行探讨。主要成果为:1)通过对高海拔严寒地区隧道工程实例进行分析,总结4种冻害类型及4种冻害原因;2)基于含水风化层冻胀理论、整体性围岩冻胀理论、衬砌背后积水冻胀理论、裂隙水冻胀理论等4种冻胀理论,建立多年冻土区以整体性围岩冻胀理论为主、季冻区以裂隙水冻胀理论为主的多理论联合分析的方法;3)温度场研究方法分为现场监测、理论解析、模型试验、数值模拟等4种,其中现场监测是对洞内外温度进行监测,而理论分析、模型试验、数值模拟则是对监测结果进行验证分析;4)冻害处置措施有防排水措施、保温防寒措施、抗冻措施等3种,防冻的关键是将三者相结合进行综合治理;5)指出冻害机制适用性、温度场研究方法现状、处置措施适用性等方面的不足,未来应在高海拔严寒地区建立多种冻胀理论、多种研究方法综合应用的研究体系,并在隧道防排水、保温防寒、抗冻等方面给出处置措施。 展开更多
关键词 隧道工程 高海拔严寒地区 冻害机制 温度场 处置措施
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寒区隧道内气温分布特征及影响因素 被引量:1
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作者 张力杰 穆彦虎 +5 位作者 王继伟 李凌洁 朱小明 张坤 郑波 张青龙 《冰川冻土》 CSCD 2024年第4期1197-1213,共17页
受严寒气候影响,寒冷地区的隧道工程普遍面临不同程度的衬砌挂冰、冻融损伤甚至开裂、路面结冰、排水系统冻结失效等一系列冻害问题,给隧道工程的建设和运营带来了极大的挑战。负温环境是隧道冻害产生的必要条件,掌握隧道内气温沿进深... 受严寒气候影响,寒冷地区的隧道工程普遍面临不同程度的衬砌挂冰、冻融损伤甚至开裂、路面结冰、排水系统冻结失效等一系列冻害问题,给隧道工程的建设和运营带来了极大的挑战。负温环境是隧道冻害产生的必要条件,掌握隧道内气温沿进深方向的分布是寒区隧道冻害研究和工程防治措施采取的基础和前提。然而,不同寒区隧道工程的隧址区环境气象、工程结构和交通情况等因素各不相同,导致不同隧道内气温的分布特征存在显著差异。因此,准确地预测和获取寒区隧道内气温纵向分布仍是亟待解决的问题。为得到寒区隧道内气温分布特征及其影响因素,本文采用文献调研和数据统计与分析的方法,收集整理了我国52座寒区隧道内气温的现场监测数据以及相关影响因素数据。依据寒区隧道内气温分布特征,将其划分为对称型、非对称型和贯通型三类,并对各类型寒区隧道的长度和埋深情况进行了统计分析。在此基础上,探讨了隧址区气温和隧道围岩地热以及洞内通风对隧道内气温分布的影响机制,之后针对引起隧道内空气流动的自然风、工程建设、机械通风和交通情况四类因素进行了分析,并指出各类因素的主次影响顺序。研究表明,当隧道两端洞口自然环境要素基本相同且两端洞口高差不大时,隧道内气温往往呈对称型分布;当隧道内存在较大纵坡坡度或受洞外盛行风向影响时,隧道内气温多呈非对称型分布;而当隧道长度较短、埋深小且盛行单向风时,隧道内气温分布常为贯通型。隧址区(隧道进出口)环境气温对隧道内气温分布起决定性作用,隧道埋深状况决定了地热作用从而对洞内气温产生重要影响。通风是影响隧道内气温的关键因素,其中自然风、工程中纵坡设计因素分别为进出口高差较小、长度较短的隧道和进出口高差较大、长度较长的隧道内气温分布的主导因素,工程附属结构、机械通风、交通情况为相对次要因素。本研究工作可为寒区隧道冻害问题研究和保温设防设计以及运营维护提供参考。 展开更多
关键词 寒区隧道 冻害 气温分布 统计分析 影响因素
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寒区特长隧道斜井对隧道内温度影响实测研究 被引量:1
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作者 刘杰 朱小明 +5 位作者 李晓民 张坤 樊江 曹贵 穆彦虎 郑波 《铁道工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期67-75,共9页
研究目的:寒区隧道内温度分布是保温设计和冻害防治的关键和前提,其影响因素可归纳为三类,即环境气象、工程结构以及交通因素。相较于环境气象和交通因素,目前针对工程因素,尤其特长隧道通风设施对隧道内温度分布影响的研究不足。结合... 研究目的:寒区隧道内温度分布是保温设计和冻害防治的关键和前提,其影响因素可归纳为三类,即环境气象、工程结构以及交通因素。相较于环境气象和交通因素,目前针对工程因素,尤其特长隧道通风设施对隧道内温度分布影响的研究不足。结合青藏高原东南缘某高速公路特长隧道,系统开展了隧址区环境气象与不同建设阶段隧道内气温的空间分布与季节变化的连续观测,重点论述了通风斜井对隧道内温度环境的影响。研究结论:(1)隧道贯通前,洞内通风差,环境气温对隧道内温度的影响进深为300~400 m,隧道洞口段气温年平均值和振幅随进深增加呈指数形式增加和减小;(2)隧道开挖至斜井并与其连通后,在烟囱效应作用下,冷季时自进口至斜井形成稳定的单向风,洞内气温基本呈线性分布,梯度约为0.5℃/100 m;(3)隧道贯通后,冷季时斜井烟囱效应引发隧道内形成稳定的自进口、出口至斜井的双向通风,洞内温度呈现基本以斜井为中心的对称分布,全隧道范围内出现显著负温;(4)通风斜井对隧道内温度分布规律及负温段长度均有显著的影响,在寒区隧道保温设防和冻害防治中应予以考虑。 展开更多
关键词 寒区隧道 通风斜井 温度分布 烟囱效应 现场监测
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寒区铁路隧道防寒抗冻关键技术研究与展望 被引量:2
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作者 田四明 王伟 +3 位作者 刘建友 徐湉源 张矿三 孙克国 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第1期21-34,I0025-I0038,共28页
寒区铁路隧道冻害问题不仅威胁到隧道结构的稳定,同时给铁路安全运营带来巨大的安全隐患,其一直是寒区隧道工程的难点和研究热点,工程界迫切需要可靠、高效的防寒抗冻工程技术措施。首先,调研了我国寒区铁路隧道的建设及运营情况,总结... 寒区铁路隧道冻害问题不仅威胁到隧道结构的稳定,同时给铁路安全运营带来巨大的安全隐患,其一直是寒区隧道工程的难点和研究热点,工程界迫切需要可靠、高效的防寒抗冻工程技术措施。首先,调研了我国寒区铁路隧道的建设及运营情况,总结分析了常见的隧道冻害现象,包括衬砌开裂掉块、拱顶挂冰、道床积冰、排水系统冻结等。然后,针对当前寒区隧道缺乏隧道温度场时空分布预测方法、隧道冻害机制和演化规律不清晰、防寒抗冻设计方法与治理技术不成熟这3个技术难点,对已取得的研究成果进行总结和讨论,相关成果如下:1)研发了寒区隧道室内试验系统,结合大量的温度场相关实测数据,探明了温度场时空分布规律,建立了温度场预测方法;2)研发了渗流试验设备,揭示了冻害产生的链发式机制,查明了排水系统冻结规律与冻融响应机制;3)建立了寒区铁路隧道抗冻防寒设计标准,形成了隧道冻害综合防控体系。最后,展望了我国寒区铁路隧道防寒抗冻研究在防寒保温材料、主动保温系统、温度场规律预测等方面进一步深化研究的方向。 展开更多
关键词 寒区铁路隧道 隧道冻害 温度场预测 冻害机制 防寒抗冻技术
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对流-导热耦合作用下保温层对寒区水工隧洞衬砌结构力学特性的影响 被引量:1
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作者 李晓哲 李康斌 +1 位作者 姜海波 李佳雨桐 《水力发电》 CAS 2024年第2期35-41,57,共8页
以新疆布伦口水电站引水隧洞为例,考虑对流-导热作用,通过现场监测成果和有限元仿真计算,分析引水隧洞在不同位置铺设不同厚度的保温层对衬砌结构热-力耦合特性的影响。结果表明,表面铺设时,保温层厚度与衬砌的冻胀力呈负相关,且当厚度... 以新疆布伦口水电站引水隧洞为例,考虑对流-导热作用,通过现场监测成果和有限元仿真计算,分析引水隧洞在不同位置铺设不同厚度的保温层对衬砌结构热-力耦合特性的影响。结果表明,表面铺设时,保温层厚度与衬砌的冻胀力呈负相关,且当厚度在0.06 m以上时,二次衬砌的冻胀力变为压应力;保温层厚度与衬砌的横向位移呈正相关,与纵向位移呈负相关。夹层铺设时,保温层厚度与二次衬砌的冻胀力呈正相关,与一次衬砌的冻胀力呈负相关;随着保温层厚度的增加,二次衬砌的最大主应力变为拉应力,不利于二次衬砌的安全稳定;随着保温层厚度的增加,一次、二次衬砌的横向位移差值增大近4倍,纵向位移差值增大10倍以上。 展开更多
关键词 寒区 水工隧洞 保温层 衬砌结构 温度变化 对流-导热耦合 力学特性 影响
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机械通风及地温对寒区隧道防冻长度的影响 被引量:1
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作者 陶亮亮 曾艳华 +1 位作者 周小涵 田啸宇 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期29-38,共10页
为揭示通风参数及地温对寒区隧道冻害的影响,基于传热学理论推导了隧道围岩-衬砌-风流三维非稳态数值传热控制方程,分析了不同节点的数值传热差分方程,建立了高地温寒区隧道三维温度场数值计算模型;基于数值分析研究了机械通风速度、机... 为揭示通风参数及地温对寒区隧道冻害的影响,基于传热学理论推导了隧道围岩-衬砌-风流三维非稳态数值传热控制方程,分析了不同节点的数值传热差分方程,建立了高地温寒区隧道三维温度场数值计算模型;基于数值分析研究了机械通风速度、机械通风时间和地温对高地温寒区隧道防冻长度的影响.结果表明:1)不考虑机械通风,孜拉山隧道的防冻长度超过1200 m;地温每升高5℃隧道防冻长度将减小约100 m.2)考虑机械通风影响,当地温为10~30℃时,每天以2.5 m/s的速度通风2.0 h可减少防冻长度215 m;不同地温下机械通风速度每增大0.5 m/s,防冻长度减小约20 m,地温对防冻长度衰减速率影响很小;当机械通风时间小于2.0 h时,不同地温条件下增大机械通风速度对防冻长度的影响不大. 展开更多
关键词 寒区隧道 高地温 数值分析 机械通风 防冻长度
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卸载状态下非均质圆形寒区隧道围岩弹塑性统一解 被引量:1
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作者 梁沈伟 王彬 +1 位作者 荣传新 于胜民 《冰川冻土》 CSCD 2024年第2期650-661,共12页
以统一强度理论作为卸载状态下寒区隧道冻结围岩屈服准则,综合考虑围岩非均质特性和中间主应力效应对冻结围岩强度影响,建立寒区隧道应力位移弹塑性力学模型,联合各区域边界条件,计算获得冻结围岩均质与非均质状态下,弹性解、塑性统一... 以统一强度理论作为卸载状态下寒区隧道冻结围岩屈服准则,综合考虑围岩非均质特性和中间主应力效应对冻结围岩强度影响,建立寒区隧道应力位移弹塑性力学模型,联合各区域边界条件,计算获得冻结围岩均质与非均质状态下,弹性解、塑性统一解以及塑性区半径的隐式方程,分别对其应力位移场讨论分析。研究表明:考虑冻结围岩的非均质特性,塑性区环向应力峰值增大40%,塑性区范围相对减少40.4%,内壁位移减少9.3%,弹性极限承载力提高41%,塑性极限承载力提高14%,影响显著。中间主应力效应能充分发挥非均质冻结围岩承载潜能,计算得到的承载力明显增大,塑性半径明显减小。所得结果可为寒区隧道开挖支护设计以及数值模拟,提供理论指导。 展开更多
关键词 寒区隧道 非均质冻结围岩 弹塑性分析 中间主应力效应 统一强度理论
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考虑日变化过程的寒区隧道温度场解析解与现场监测研究
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作者 张力杰 穆彦虎 +5 位作者 田毅 王玉林 朱小明 张坤 郑波 李凌洁 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期2406-2416,共11页
负温环境是隧道冻害发生的必要条件,因此隧道内气温、衬砌和围岩体温度的空间分布与时间变化过程是寒区隧道冻害机理和防治研究的关键。目前,已有研究多采用月平均值来描述隧道内的温度环境及其影响因素,忽略了其日变化过程,可能低估隧... 负温环境是隧道冻害发生的必要条件,因此隧道内气温、衬砌和围岩体温度的空间分布与时间变化过程是寒区隧道冻害机理和防治研究的关键。目前,已有研究多采用月平均值来描述隧道内的温度环境及其影响因素,忽略了其日变化过程,可能低估隧道内负温段长度和冻结深度以及衬砌结构经历的冻融作用,由此造成保温设防设计的不足。以青藏高原东北缘的一高海拔寒区公路特长隧道为例,通过对洞内气温的自动连续观测,统计分析了隧道内气温的日变化特征。运用叠加原理将寒区隧道径向温度场分为稳态和瞬态,在求解瞬态温度场过程中采用Laplace变换,同时考虑隧道内气温的日变化和年变化过程,构建了包括保温层、衬砌和围岩体等多层介质的寒区隧道径向温度场解析解,对比分析了考虑与不考虑气温日变化过程隧道衬砌结构温度的变化规律。结果表明,隧道内气温的日变化幅度在进、出口段较为显著,日振幅可达11℃以上,随着进深增加逐渐减小,至隧道中部气温日振幅降至2℃以内。同时,隧道内气温日振幅表现出明显的季节性,冷季明显大于暖季。考虑气温的日变化过程的解析解能够更准确地反映隧道结构所经历的冻结时长和冻融循环次数,与隧道结构层内实测温度的波动范围更加接近。现场监测结果和理论解析方法对于寒区隧道衬砌混凝土抗冻等级选择和冻融损伤预测以及衬砌挂冰和路面结冰预警等具有积极意义。 展开更多
关键词 寒区隧道 温度场 日变化 现场监测 解析解
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寒区铁路隧道衬砌抗冻主要设计标准与施工技术探讨 被引量:1
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作者 张弛 《铁道标准设计》 北大核心 2024年第3期185-191,共7页
受长期低温环境作用,寒区铁路隧道衬砌易出现开裂、剥落等病害,影响结构的安全耐久性。通过梳理分析寒区隧道衬砌抗冻设防相关建设标准现状及存在问题,从设计和施工方面提出需要研究完善的主要内容,并结合具体工程实例,进一步探讨抗冻... 受长期低温环境作用,寒区铁路隧道衬砌易出现开裂、剥落等病害,影响结构的安全耐久性。通过梳理分析寒区隧道衬砌抗冻设防相关建设标准现状及存在问题,从设计和施工方面提出需要研究完善的主要内容,并结合具体工程实例,进一步探讨抗冻设防段衬砌的配筋参数、伸缩缝设置等主要设计标准和保温层防水施工工艺,提出寒区隧道衬砌模段长度计算方法。结果表明:(1)抗冻设防段衬砌的纵筋宜采用“细而密”的配置方式,有利于提高结构的抗裂性能;(2)“零缝宽”伸缩缝在一定条件下能够消减寒区隧道温度应力作用;(3)“喷涂式”聚氨酯保温板防水处理施工工艺可有效提高保温性能;(4)隧址区的年平均气温应作为寒区隧道衬砌环境温差的重点考量因素,计算结果表明,当最冷月平均气温-3~-8℃,年均温12~8℃时,12 m的衬砌模段长度亦可满足季节性温差要求。 展开更多
关键词 寒区 铁路隧道 衬砌抗冻性 温度伸缩缝 保温层 模段长度
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半封闭空间单侧冷风幕效应数值模拟研究
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作者 王青松 任少强 +3 位作者 王平安 谢江胜 周扬 杨立燃 《中国铁路》 北大核心 2024年第1期48-56,共9页
受外部冷空气影响,寒区隧道冻害问题日益严重,为阻止外部冷空气流入隧道,提出以外部空气为空气源的冷风幕隔冷方式,并开展半封闭空间单侧设置冷风幕阻隔外部冷空气流动换热过程的数值模拟研究。数值模拟模型设置参考相关室内试验,通过... 受外部冷空气影响,寒区隧道冻害问题日益严重,为阻止外部冷空气流入隧道,提出以外部空气为空气源的冷风幕隔冷方式,并开展半封闭空间单侧设置冷风幕阻隔外部冷空气流动换热过程的数值模拟研究。数值模拟模型设置参考相关室内试验,通过室内试验测试数据对数值模型进行验证后,利用数值模型研究风幕射流角度、射流速度、射流宽度对热压作用下冷风流入半封闭空间阻隔效果的影响。结果表明:射流角度为3°时,形成风幕形态较理想,半封闭空间平均温度较无风幕作用时有4~5℃的提高,此时增加风幕速度或宽度均会强化外部冷空气与半封闭空间内空气的换热,减弱风幕隔冷效果;射流角度为6°或9°时,风幕射流宽度需要与射流速度匹配,否则易出现风幕形态不理想,导致风幕隔冷失效。 展开更多
关键词 寒区隧道 冻害 半封闭空间 冷风幕 数值模拟
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寒区隧道空气幕保温技术效果分析
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作者 王仁远 朱永全 +3 位作者 方智淳 朱正国 韩玉林 徐强 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期180-189,共10页
为研究寒区隧道空气幕保温技术的保温效果,以某隧道为设计背景,应用相似理论和量纲分析法,首次搭建由外界环境控制装置、棚洞模型、空气幕射流控制装置和温度测试装置4部分组成的模型试验系统。试验采用控制变量法分析不同工况下空气幕... 为研究寒区隧道空气幕保温技术的保温效果,以某隧道为设计背景,应用相似理论和量纲分析法,首次搭建由外界环境控制装置、棚洞模型、空气幕射流控制装置和温度测试装置4部分组成的模型试验系统。试验采用控制变量法分析不同工况下空气幕保温技术的效果,研究结果表明:空气幕保温技术的最优射流角度为30°~40°;当外界温度为-10℃,外界风速为2 m/s时,一道空气幕墙可以满足隧道的防寒保温需求;空气幕射流速度应根据隧址处的自然环境变化,才能有较好的防寒效果;寒区隧道空气幕保温技术的保温原则为以加热为主、隔风为辅;当串联多道空气幕共同工作时,最佳串联间距为30 m。模型试验填补了寒区隧道空气幕保温技术试验的空白,结果可为我国寒区隧道工程建设提供思路和参考。 展开更多
关键词 隧道工程 寒区隧道 模型试验 空气幕 保温技术
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寒区隧道洞口空气幕温度场理论分析
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作者 王仁远 朱永全 +2 位作者 朱正国 方智淳 运凯 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第32期14013-14022,共10页
为研究寒区隧道洞口空气幕保温技术的可行性,采用流体力学原理、叠加原理和贝塞尔特征函数等方法,构建完整的寒区隧道洞口空气幕温度场的理论体系。通过数值模拟,验证该保温技术的可行性,总结该保温技术的保温原则。结果表明:理论计算... 为研究寒区隧道洞口空气幕保温技术的可行性,采用流体力学原理、叠加原理和贝塞尔特征函数等方法,构建完整的寒区隧道洞口空气幕温度场的理论体系。通过数值模拟,验证该保温技术的可行性,总结该保温技术的保温原则。结果表明:理论计算结果和数值计算结果较为接近,空气幕保温技术可有效防止隧道冻害;空气幕保温技术的保温原则可总结为加热为主,隔风为辅。研究成果可为今后的工程实践提供理论基础。 展开更多
关键词 寒区隧道 温度场 理论解 空气幕 保温技术
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基于群组决策的寒区隧道冻害风险评价研究
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作者 张亚琴 王道远 +5 位作者 袁金秀 张业权 赵斌 崔光耀 章浩天 孙梁 《铁道工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期91-99,共9页
研究目的:为客观有效评估隧道冻害程度,基于群组决策和三角模糊数法构建寒区隧道冻害风险评价模型。首先,采用更有利于专家表达的三角模糊数建立判断矩阵,利用相容度指标确定专家判断水平,从而赋予相应权重;其次,综合考虑引起寒区隧道... 研究目的:为客观有效评估隧道冻害程度,基于群组决策和三角模糊数法构建寒区隧道冻害风险评价模型。首先,采用更有利于专家表达的三角模糊数建立判断矩阵,利用相容度指标确定专家判断水平,从而赋予相应权重;其次,综合考虑引起寒区隧道冻害的温度、水文、围岩条件和工程措施等因素,形成二级评价指标,通过三角模糊数群组决策模型确定各指标权重;再次,将二级评价指标分为10个定量指标和6个定性指标,定量指标按梯形分布建立隶属度函数,定性指标由专家按百分制打分,再按梯形分布函数确定各等级隶属度;最后,通过模糊综合评价方法计算确定隧道冻害等级,并提供相应的预防措施。研究结论:(1)选取温度、水文、围岩条件和工程措施4个一级指标、16个二级指标,设置4个冻害等级,构建了基于三角模糊数的群组决策寒区隧道冻害风险综合评价体系;(2)本文提出的冻害风险评价模型应用于杀虎口隧道,风险等级评价结果与隧道实际冻害一致,验证了模型的合理性;(3)本文模型更加客观全面,可为隧道冻害风险提供安全预警和防控建议。 展开更多
关键词 寒区隧道 三角模糊数 群组决策 冻害风险 综合评价
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