考虑温度场影响的寒区隧道深浅埋划分方法研究

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在隧道设计中,隧道深浅埋界定直接关系到围岩压力计算的准确性,这也是隧道设计中选择合理支护措施和开挖方案的重要依据之一。可见,在隧道设计中,深埋和浅埋的定义是核心问题之一。而寒区隧道的深浅埋划分又与普通隧道的深浅埋划分显著不同,所以,本文主要通过隧道室内模型试验及数值模拟对寒区隧道深浅埋分界的主要因素之一中的埋深进行了着重研究,通过改变隧道埋深的大小来探讨寒区隧道深浅埋的的划分。将松动圈、地表沉降、应力和位移变化作为判别因素,根据埋深的改变,分析这些因素的变化规律。主要研究内容及结论如下:(1)本文利用相似理论,建立隧道模型试验,分析温度场的变化情况,在实验过程中发现:在暖季时,多年冻土隧道围岩在除围岩和地表附近处均为冻结状态,浅埋隧道围岩为融化状态或者为冻结+融化状态,而深埋隧道则是冻结+融化状态;隧道围岩和地表由于大气温度的影响,它的冻结和融化是在不断相互转化的。隧道的开挖不仅会影响应力的重分布,也会使温度场和水分场重新进行分布,所以寒区隧道与非寒区隧道围岩在变形破坏模式和受力机理上存在显著的差异。再运用现代非接触量测新技术—数字照相量测软件分析计算,在试验过程中通过改变隧道的埋深来进行研究埋深对寒区隧道的深浅埋划分,通过分析在不同埋深下的寒区隧道在负温模式下开挖后的破坏模式和稳定松动圈的形成情况,从而可以综合确定寒区隧道的深埋和浅埋划分的界限值。(2)利用有限元软件COMSOL进行多个物理场的水热力耦合,并对地表沉降、位移、应力等数据进行详细分析。结果表明,得出由数值模拟分析得到的深浅埋划分界限值,通过与模型试验相互验证,进一步验证结果的准确性。同时,利用现有普通隧道的深浅埋划分的理论用于寒区隧道的深浅埋划分的计算,再与模型实验结果和数值模拟结果进行对比,认识到普通隧道的深浅埋划分理论用在寒区隧道的不适用性,通过这些研究,为同类工程提供参考依据。(3)通过利用有限元软件COMSOL进行水热力耦合作用,分析了围岩内的温度场和水分场的变化规律,得出了寒区隧道在温度场和水分场的影响下,多年冻土隧道的隧道埋深分界限要小于一般隧道的分界线。
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