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季节性寒区隧道温度场数值分析 总被引：5，自引：2，他引：3
为解决寒区隧道冻害问题,以祁连山某隧道为依托,采用ANSYS对铺设保温层与主动辅热相结合的隧道温度场进行了数值模拟,研究了保温层对隧道衬砌的保温效果以及安装电伴热系统后隧道的温度场分布规律,确定了电伴热系统的开启与关闭时间及正常运行功率。结果表明：围岩最大冻深月份比外界大气的最冷时间推迟一个月左右;在隧道大约运行5 a之后,保温层的保温效果开始衰退,围岩重新出现负温状态;安装电伴热系统能彻底解决寒区隧道运营期间的冻害问题,最佳发热功率为125 W·m-2,持续加热时间为80 d,年消耗电能为10 000 W·d·m-2,数值模拟结果与理论计算结果吻合良好。研究成果可为寒区隧道的保温防冻提供理论依据,并可为类似工程提供借鉴。 相似文献
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高寒隧道保温结构的优化设计研究
——以西藏圭嘎拉隧道为例 总被引：1，自引：1，他引：0
为了提高季节冻土隧道的防冻保温性能,常采用铺设聚氨酯类有机保温层的方式以防止围岩冻结,但由于有机材料在冻融循环过程中老化速度快、保温结构设计缺少科学依据等局限性,使得部分隧道在长期运营过程中反复出现冻融病害。以西藏圭嘎拉隧道为研究对象,通过建立热流固耦合计算模型,对现行保温措施的防冻效果进行分析,发现距离洞口一定长度范围内的围岩仍会发生冻融破坏。在隧道运营后第20年2月15日,距洞口5 m处断面拱顶围岩的边界温度仅为-0.91 ℃,并且该关键位置的纵向冻结长度超过500 m,严重影响隧道结构的安全。为防止此隧道出现冻害问题,提高其服役能力,拟采用新型无机建筑材料气凝胶毡对隧道的保温结构进行加固,其具有良好的保温、阻燃和耐久性能,并且铺装简便、易于操作。此外通过对不同厚度气凝胶毡条件下的围岩温度场进行多维度分析,确定了最不利时刻气凝胶毡厚度与拱顶围岩关键位置纵向冻结长度之间的关系。研究成果可为圭嘎拉隧道防冻保温优化设计提供技术支持,不仅能保障隧道结构的安全性和稳定性,也能为季节冻土隧道保温结构的设计、施工及维护提供参考依据。 相似文献
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高纬度寒区浅埋隧道的温度场及防寒抗冻探讨 总被引：3，自引：3，他引：0
专门针对东北高纬度寒区浅埋隧道冻害机理的研究较少,对东北寒区隧道进行了现场温度实测,讨论了东北高纬度寒区浅埋隧道的冻害形成机理和防寒抗冻措施.现场温度实测表明,传统的保温措施无法保证隧道不发生冻害,合理的防排水措施是高维度寒区浅埋隧道的主要防寒抗冻方法.建议在高维度寒区浅埋隧道全长设置中心深埋水沟、排水盲沟和保温侧沟,在冻结深度很大和月平均气温极低的寒区隧道排水设计中建议尝试使用顶进中心深埋水沟的施工方法,以降低工程造价及提高施工安全.中心深埋水沟直径应在80cm以上,以保证维护的便利.根据洞口地形选择合理的出水口形式,且做好保温防冻措施. 相似文献
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寒区平原水库土坝护坡冻害防治技术 总被引：2，自引：0，他引：2
根据近年来冻土力学、冰工程学等研究成果,简述了寒区原水库土坝护坡构筑物冻害防治技术的主要内容,包括平原水库土坝护坡工程冻害破坏规律,给出了土坝护坡冻害防治措施、防冰措施、抗冻胀设计参数的确定、抗冰推护坡稳定计算等,可供工程设计人员参考。 相似文献
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岩体冻融过程中水热耦合非线性分析 总被引：1，自引：0，他引：1
针对工程地质和岩土工程中所涉及到的冻害问题,在质能平衡的基础上,充分考虑冻结岩体的热传导、水和岩体存在的热交换以及水热梯度共同作用下水分的迁移与转化,建立了水热耦合的非线性控制方程;对寒区大阪山隧道围岩的温度场和水分场进行数值模拟,并分析其水热耦合迁移规律.模拟结果表明:隧道围岩水分受冻结抽吸力和温度梯度的作用发生迁移,在隧道边墙处渗流速度最大;在考虑水分场时,隧道围岩的冻结圈将变薄,而且随着水分场中渗流系数的增大将更加变薄,水分场在很大程度上影响温度场的分布;为了减少冻害对寒区工程的破坏,应采取良好的保温措施.模拟结果与现有研究成果和工程经验类似. 相似文献
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寒区隧道围岩的最大冻结深度是隧道抗冻胀结构设计、防排水与保温隔热层设计的重要基础参数。基于准稳态假定,采用积分法推导了能够考虑衬砌、保温层及冻结围岩中未冻水含量的寒区隧道围岩最大冻结深度的解析计算公式;利用围岩温度场数值模拟结果反演得出了解析计算公式中的参数影响半径与冻结半径比 的取值,从而得到了围岩最大冻结深度的半解析解。将所得解的计算结果与现场实测数据及数值模拟结果进行了对比,验证了所得解的合理性。利用得到的半解析解分析了工程冻土段围岩冻结深度的影响因素,结果表明：初始地温、年平均气温对冻结深度的影响最为明显,岩体骨架导热系数、岩体孔隙率的影响次之。 相似文献
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我国寒区输水工程研究进展与展望 总被引：6，自引：3，他引：3
由于极端寒冷和其他复杂环境条件, 寒区输水工程容易发生冻害, 威胁其供水能力和安全保障。通过综述寒区输水工程研究的文献和进展, 概括冻害现象、 冻害原因、 研究方法以及防治措施, 提出未来需要研究和应对的问题。寒区输水工程冻害现象主要表现为衬砌破坏, 防渗保温层破坏, 接缝止水材料脱落, 渠道基土流失、 滑塌、 冰塞和漫堤等; 引起冻害的原因主要为冻胀、 冻融循环、 不良地质条件、 不合理施工和管理等; 研究方法方面通常从衬砌优化设计和基土水热力分析展开; 防治措施主要有基土换填, 铺设防渗保温层和排水等。目前研究中的不足主要表现在衬砌受力分析模型过于简化, 对不同防渗保温措施缺乏定量研究, 水热力分析时未考虑输水渠道特殊条件以及缺乏冬季延长输水时间管理的科学方法等问题。 相似文献
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寒区软岩隧道的水热耦合数值模拟与分析 总被引：2，自引：0，他引：2
介绍了寒区软岩隧道水热耦合的一般数值解法,应用Femlab软件对寒区大阪山隧道出口段kl06+025处围岩的温度场和水分场进行数值模拟,分析了软岩隧道中水热耦合迁移的规律。在考虑水分场时,隧道围岩的冻结圈将变薄,而且随着水分场中渗流系数的增大将更加变薄,水分场在很大程度上影响温度场的分布。模拟的结果表明：处于拱顶处的冻深最大,其次是仰拱处,最薄处是边墙,与工程经验类似。通过实例模拟分析说明,应用该软件可以在已有工程数据的前提下对工程设计提供一定的参考。 相似文献
9.
随着地下工程的发展,对于埋置较深和地质环境较为复杂的隧道工程,高地温问题已经成为一个重要的工程问题并引起了国内外学者的广泛关注。研究隧道的温度场分布问题对于解决寒区隧道冻融问题、高温隧道问题、隧道火灾灾害等是十分必要的。针对高地温环境中的圆形隧道,假定其具有一定长度且承受轴对称的温度荷载和地应力作用,建立两端简支的二维稳态的热传导方程和平衡方程。利用无量纲化和微分方程级数求解的方法,得到了包含温度场、位移场及应力场的热弹性理论解。依据上述研究结果,以某包含衬砌的圆形断面隧道为例进行了热弹性分析,并得到了由于隧道开挖而引起的围岩的温度变化范围。研究所得结论可为隧道施工及运营过程中隧道的保温隔热提供重要的理论依据。 相似文献
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目前,在单层衬砌设计中应用较为广泛的是基于挪威法的Q系统支护设计法,但该方法涉及的参数有6个,在施工前及施工过程中测试这些参数经验性较强,准确性不高,而且费用较高;将Q法直接移植到中国的单层衬砌设计困难较大,不适合中国国情。在此背景下,提出以屈服接近度和围岩松动圈支护理论为基础的单层衬砌设计原则和方法,并结合合武铁路大别山隧道2号斜井进行了工程实践。首先通过地质勘查得到隧道所在地区的工程地质、水文地质特征以及围岩的物理力学指标,确定隧道围岩的屈服接近度,进而提出单层衬砌支护参数及喷射混凝土的力学控制指标,完成结构的预设计;根据隧道施工过程中实测的围岩松动圈范围,运用松动圈支护理论修正设计,从而形成一套完整的单层衬砌设计方法体系。实践表明,提出的单层衬砌设计方法经济适用、对施工干扰小,适合信息化施工,且施作完成的单层衬砌结构安全可靠,具有显著的经济效益和社会效益,有较大的推广前景。 相似文献
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保温材料广泛应用于寒区工程的诸多领域。然而,在服役过程中,保温材料往往会受到浸水、冻融和盐蚀等多场耦合的循环作用,导致其保温、防水和强度等物理力学性能出现不同程度的退化。目前,保温材料的类型非常多,但其性能和耐久性有所不同,因此科学合理地选择保温材料不仅关系到其长期保温效果,同时对于工程构筑物的长期稳定性具有重要的意义。针对循环冻融作用,选取寒区工程中常用的4种保温材料[聚酚醛(FLK)、聚氨酯(PU)、聚苯乙烯挤塑板(XPS)和聚苯乙烯发泡板(EPS)]开展了浸纯水、浸盐水和干燥状态下的室内冻融循环试验,对经历了不同冻融次数的样品进行了表观密度、吸水率、导热系数、压缩强度、弯曲强度和微观结构系列测试。结果表明:浸润作用对保温材料物理力学性质影响显著,亲水性材料FLK的保温和力学性能退化显著,而憎水性材料PU、XPS和EPS变化相对较小。干燥条件下,冻融循环作用对FLK、XPS和EPS吸水率以及FLK的导热系数影响量值可观,但对4种保温材料的压缩和弯曲强度影响不大。浸纯水和盐水条件下,经历30次冻融循环后,FLK的导热系数增加约50%,弯曲强度降低超过0.3%,EPS的压缩强度降低超过10%。浸盐水后保温材料经历冻融循环作用后其物理力学性能退化程度与浸纯水条件下有所不同,该差异值得关注。通过扫描电镜图像能够识别4种保温材料的孔隙尺寸、孔隙致密度和固体颗粒胶结方式,但对经历冻融循环作用后的变化难以识别和量化。基于试验结果,结合寒区交通工程应用场景,分析了4种保温材料的冻融耐久性,以期服务于寒区交通工程保温材料的合理应用。 相似文献
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寒区大坝心墙土料冬季冻融与防控监测 总被引：1，自引：1，他引：0
两河口水电站是雅砻江干流规划开发中的中游控制性龙头电站,大坝为300米级砾石土心墙堆石坝。由于地处川西高原气候区,冬季气候寒冷干燥,大坝心墙土料填筑过程中面临着冻融问题的困扰。基于一个完整冬季的现场监测,系统分析了这一寒区大坝心墙建筑过程中砾石土、接触黏土土料温度变化规律、冻融特征与影响因素以及现有保温措施防冻效果。结果表明,无保温措施条件下,砾石土、接触黏土均出现了负温冻结现象,其中砾石土最大冻结深度达20 cm,接触黏土达14 cm,土料冻结持续时间不超过1个昼夜,为短时冻土。土料降温冻结过程以与外界大气对流换热过程为主,受气温、风速条件影响显著,波动范围较大,而升温融化过程以太阳辐射增温过程为主,与有效辐射起始时间密切相关,因此波动范围较小。监测期内,采用三布两膜保温材料覆盖可有效防止心墙土料冻结的发生,有、无保温材料覆盖条件下浅层土料最低温度可相差约5℃。结合监测结果和现场实际,建议将现有心墙防渗土料半幅填筑方式转换为全幅填筑,并研发轻质、憎水保温材料及其快速收放机械设备,以提高填筑作业进度、强化防冻效果。系统完整的现场实测结果,可为未来寒区水电大坝建设提供基础数据和参考。 相似文献
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保温材料在青藏铁路路基工程中应用的数值分析 总被引：1，自引：0，他引：1
In many cases, preventing permafrost from further thaw due to human activities might be the first choice for embankment design in permafrost regions. 2-D finite element analysis was conducted in this paper, in which phase change was taken into consideration to simulate the thermal regime of the Qinghai-Tibetan Railway with Expandable Polystyrene (EPS). Based on the predicted maximum thaw depth in the following 50 year, the best position for insulation was presented and the relationship between the thickness of insulation and the height of embankment was analyzed. Besides, the applicable range of insulation in embankment engineering of the Qinghai-Tibetan Railway in terms of Mean Annual Air Temperature (MAAT) was suggested and the influence of geothermal field of permafrost on the applicable range of the insulation was discussed. 相似文献
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昆仑山隧道洞内防排水及衬砌隔热保温层施工技术 总被引：8，自引：0，他引：8
介绍了高原多年冻土世界第一长隧道——昆仑山隧道洞内防排水及衬砌隔热保温层的设计特点, 通过材料性能优选和工艺试验, 选定了适宜于高原多年冻土隧道洞内防排水及衬砌隔热保温层施工的材料, 并制定科学、合理的施工方法和工艺, 确保昆仑山隧道工程质量. 相似文献
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气候变暖导致的滑雪场营业时间变短和造雪成本升高、大型体育赛事用雪缺乏保障等问题日益突出,储雪是解决这些问题的有效措施之一。然而目前基于高效隔热结构和新材料的场地储雪技术研究稀缺,无法满足日益增长的滑雪赛事与娱乐需求。为筛选储雪的最优技术方案,基于不同的隔热材料和隔热结构,在河北省张家口市崇礼区万龙滑雪场设置了四个建造成本可比的储雪堆,开展储雪试验。通过2019年2月21日—3月1日不同储雪堆隔热层的温度、雪面热流通量等数据的分析,对雪堆的储雪效果及性能进行先期评估。试验结果表明：从主要隔热结构外侧、内部、内侧到积雪表面,温度波动逐渐减小,不同隔热结构的隔热性能差异逐渐凸显;在四个储雪堆中,真空夹层储雪堆隔热效果最好,厚层聚氨酯储雪堆次之,多层中空储雪堆再次之,真空绝热板储雪堆隔热效果最差。根据试验结果,建议储雪使用真空夹层隔热结构以及较厚的隔热材料。 相似文献
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高强防寒保温泡沫混凝土研制与工程应用 总被引：1，自引：1，他引：0
复杂地层寒区隧道填充材料需兼具防寒保温、抗震和优化支护等性能,为解决常规泡沫混凝土在复杂地层寒区隧道应用中存在的不足,通过正交试验得到了自制泡沫混凝土的最佳配合比,研制了一种高强防寒保温泡沫混凝土.通过室内试验,研究了所制泡沫混凝土的保温性能和冻融劣化特征,并采用数值分析方法探讨了西藏嘎隆拉隧道初衬和二衬之间加设泡沫混凝土垫层后的温度场变化规律.结果表明：该泡沫混凝土具有较好的保温性能和抗冻融损伤性能,同时强度、延性较普通泡沫混凝土都有明显改善.数值计算结果显示,当在初衬和二衬之间增设泡沫混凝土垫层时,其相应位置的温度变幅由不设置时的4.5℃变为2℃,最低温度由1℃提高到了3℃,表明加设所研制泡沫混凝土垫层对于阻止围岩受到隧道内冷空气的侵害具有非常显著的效果. 相似文献