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《同济大学》 2006年
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寒区隧道围岩损伤试验研究和水热迁移分析

张全胜  
【摘要】:随着西部大开发和东北老工业基地振兴,修建大量基础设施势在必行,诸如公路、铁路及隧道工程等。我国东北和西部地区多为气候寒冷的高山和高原地区,在这些地区修建交通基础设施及其后期运营过程中,遇到了寒区特有的冻害问题。本文在国家自然科学基金(项目批准号:40372119)的支持下,针对寒区隧道冻害这一寒区最常见的工程问题展开研究,主要工作如下: (1) 利用先进CT无损检测技术,对不同冻融环境下不同岩样的细观损伤结构变化进行了系统的试验研究。主要研究内容为:1) 提出了CT检测的区段统计频率分析法。2) 针对不同冻融循环次数,对铜川砂岩和耀县砂岩细观损伤结构变化进行了实验研究,结果表明:随冻融循环次数的增加,含水率大、孔隙率高、强度低的耀县砂岩损伤扩展较为明显,CT均值降低;对强度高、孔隙率低的铜川硬砂岩初期影响不大,后期影响较大。3) 对不同冻结温度时铜川大理岩、铜川硬砂岩和铜川软砂岩细观损伤结构变化进行了实验研究,结果表明:岩石材料颗粒的热胀冷缩和水冰相变膨胀共同决定了冻融后的细观结构变化。4) 对不同冻结速率下铜川大理岩、铜川硬砂岩和铜川软砂岩细观损伤结构变化进行了实验研究,结果表明,冻结速度对孔隙率贯通性强的岩样细观结构影响不大,而对孔隙贯通性差的岩样细观结构则有一定的影响。 (2) 以有限差分为数值计算基础,以通用商业软件FLAC~(3D)2.1软件为平台,利用其内置的FISH语言为工具,编制了计算程序,克服了FLAC~(3D)2.1软件本身边界条件不能随时间任意变化、不能考虑相变潜热和相变前后导热系数以及比热的变化等不足。并用该程序对某寒区隧道进行了三维数值研究,主要研究了隧道添加保温材料前后三维冻结规律、水冰相变温度范围和冻结区形成温度对隧道围岩冻结圈的影响。结果表明,当取0℃作为冻结区形成温度时,水冰相变温度范围越大,冻结圈厚度越大;当取相变中间温度作为冻结区域形成温度时,相变范围越大,冻结圈厚度越小。 (3) 推导了寒区温度场和渗流场完全耦合的控制微分方程。渗流场控制微分方程中考虑了水结冰后孔隙率变化对渗流场的影响,而温度场控制微分方程中考虑了随水的渗流而产生的热交换、水冰相变潜热、导热系数与比热在冻结
【学位授予单位】:同济大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:U451.2

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 李杨;季节冻土水分迁移模型研究[D];吉林大学;2008年
2 罗彦斌;寒区隧道冻害等级划分及防治技术研究[D];北京交通大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 姚伟;寒区隧道冻害形成机理与防治对策研究[D];重庆交通大学;2011年
2 汪阳;寒区软岩隧道冻害机理及设计计算分析[D];西安科技大学;2008年
3 陈金玉;寒区隧道保温防冻技术研究[D];长安大学;2007年
4 叶秀玺;寒区隧道冻害防治技术研究[D];长安大学;2010年
5 余波江;多圈管冻结水热耦合模型试验及优化设计研究[D];安徽理工大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 程知言;浅表隧道工程多冷源冻结温度、应力、水分场耦合研究[D];中南大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 陈蕴生;单轴压缩条件下非贯通裂隙介质损伤演化特征的试验研究[D];西安理工大学;2002年
2 张全胜;冻融条件下岩石细观损伤力学特性研究初探[D];西安科技大学;2003年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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8 郑波;张建明;常小晓;邓友生;顾同欣;;广州地铁隧道冻结工程冻土力学特性试验研究[J];地下空间与工程学报;2007年05期
9 刘小军;王铁行;韩永强;赵彦峰;;黄土窑洞病害调查及分析[J];地下空间与工程学报;2007年06期
10 田俊峰;杨更社;徐江;刘慧;;寒区隧道衬砌厚度及冻害防治措施探讨[J];地下空间与工程学报;2007年S1期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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3 许增光;柴军瑞;;考虑温度影响的岩体裂隙网络稳定渗流场数值分析[A];第九届全国渗流力学学术讨论会论文集(一)[C];2007年
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9 李国玉;李宁;牛富俊;喻文兵;石磊;毕贵权;;高温冻土区开放新型复合护坡路堤热稳定性研究[A];中国地质学会工程地质专业委员会2007年学术年会暨“生态环境脆弱区工程地质”学术论坛论文集[C];2007年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘浜葭;冻融和渗流耦合作用下风积土路基结构性演变规律的研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
2 兰常玉;冻融循环与列车动载耦合作用下高速铁路地基沉降规律研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
3 邵玉娴;粘性土工程性质的温度效应试验研究[D];南京大学;2011年
4 周明涛;植被混凝土冻融效应试验研究[D];武汉大学;2010年
5 刘立鹏;锦屏二级水电站施工排水洞岩爆问题研究[D];中国地质大学(北京);2011年
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7 许兰民;青藏铁路五道梁冻土区工程结构热扰动研究[D];北京交通大学;2011年
8 施烨辉;列车荷载和冻融循环作用下冻土路基稳定性研究[D];北京交通大学;2011年
9 王天亮;冻融条件下水泥及石灰路基改良土的动静力特性研究[D];北京交通大学;2011年
10 冷毅飞;中俄石油管道多年冻土物理力学性质试验研究及温度场数值分析[D];吉林大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王磊;弱胶结地层冻结壁变形研究与影响因素敏感性分析[D];山东科技大学;2010年
2 马俊;球床多孔介质通道高速区流动特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 徐义洪;渗流作用下深部矿场采动围岩的传热机理研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
4 张建俊;冻融循环作用下季冻区高铁路基沉降预测的试验研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
5 贺续文;基于离散单元法的节理岩体边坡稳定性分析[D];湘潭大学;2010年
6 程昊;青藏铁路格(尔木)唐(古拉山)段建设生态保护及植被恢复技术研究[D];合肥工业大学;2009年
7 胡广鑫;昆明盆地泥炭土在渗流条件下变形规律试验研究[D];昆明理工大学;2009年
8 赖坤;烧结环冷机流场与温度场数值模拟[D];昆明理工大学;2009年
9 陈立杰;基于复合材料力学理论的冻土本构模型探索[D];西北农林科技大学;2010年
10 刘谆;基于FPGA的煤矿突水监测数据采集系统的设计[D];太原理工大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 彭功生,许强;饱水冻土水热力耦合分析[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2005年02期
2 朱焱;陈晓飞;马巍;邓友生;;非饱和土壤冻融过程中水、热耦合运移数值模拟研究[J];安徽农业科学;2007年17期
3 水伟厚,高广运,韩晓雷,吕康成;寒区隧道围岩导温系数及其冻深分析[J];地下空间;2002年04期
4 田俊峰;杨更社;徐江;刘慧;;寒区隧道衬砌厚度及冻害防治措施探讨[J];地下空间与工程学报;2007年S1期
5 田俊峰;杨更社;刘慧;;寒区岩石隧道冻害机理及防治研究[J];地下空间与工程学报;2007年S2期
6 徐斅祖;国外对冻土中水分迁移课题的研究[J];冰川冻土;1982年03期
7 徐敩祖,J.L.奥利奋特,A.R.泰斯;土水势、未冻水含量和温度[J];冰川冻土;1985年01期
8 安维东,陈肖柏,吴紫汪;渠道冻结时热质迁移的数值模拟[J];冰川冻土;1987年01期
9 朱强,付思宁,武福学,王忠静,黄军兰;论季节冻土的冻胀沿冻深分布[J];冰川冻土;1988年01期
10 朱强,付思宁,武福学;砂-砂砾换基防治渠道冻胀的研究[J];冰川冻土;1988年04期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 王大为;金祥秋;吕康成;;寒区公路隧道围岩温度测试与分析[A];2001年全国公路隧道学术会议论文集[C];2001年
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1 郑平;冻土区埋地管道周围土壤水热力耦合作用的数值模拟[D];中国石油大学;2011年
2 房后国;深圳湾结构性淤泥土固结机理及模型研究[D];吉林大学;2005年
3 江亦元;高原多年冻土隧道施工技术及工艺试验研究[D];中南大学;2005年
4 李向群;吉林省公路冻害原因分析及处理方法研究[D];吉林大学;2006年
5 原国红;季节冻土水分迁移的机理及数值模拟[D];吉林大学;2006年
6 赖金星;高海拔复杂围岩公路隧道温度场特征与结构性能研究[D];长安大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 何淑梅;沿海地区地铁隧道冻结工程中土体冻胀融沉特性研究[D];兰州理工大学;2011年
2 方梁正;公路隧道渗漏与冻害防治研究[D];长安大学;2001年
3 汪海滨;山岭隧道地下水规律及防治方法研究[D];西南交通大学;2002年
4 李忠凯;青藏公路纵向裂缝处治结构力学分析[D];长安大学;2003年
5 吴剑;隧道冻害机理及冻胀力计算方法的研究[D];西南交通大学;2004年
6 马建新;高寒地区特长公路隧道温度场及保温隔热层方案研究[D];西南交通大学;2004年
7 陈建勋;隧道冻害防治技术的研究[D];长安大学;2004年
8 孙文昊;寒区特长公路隧道抗防冻对策研究[D];西南交通大学;2005年
9 崔灏;三圈管冻结壁形成特性的试验研究[D];安徽理工大学;2005年
10 张瑞;深井冻结设计的智能方法研究[D];安徽理工大学;2006年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 程培峰;宇德忠;范勇强;;季冻区粉砂土路基水、温变化监测与分析[J];公路;2011年10期
2 解琦;徐茂兵;;高寒地区隧道冻害防治及保温设计探讨[J];公路;2012年05期
3 顾旭鹏;侯文虎;蔡肖;;高海拔严寒地区公路隧道保温材料的比较研究[J];公路交通科技(应用技术版);2011年09期
4 尚云飞;;高寒地区路基土冻胀影响因素研究[J];黑龙江交通科技;2011年12期
5 杨洪生;宇德忠;于立泽;;高寒地区路基土冻胀影响因素研究[J];黑龙江交通科技;2012年02期
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7 杨昌贤;夏勇;;浅谈严寒地区隧道防排水设计[J];中国高新技术企业;2012年01期
8 戴长雷;孙思淼;杜新强;叶勇;;中国近年寒区地下水试验研究进展[J];资源科学;2011年02期
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 王文华;吉林省西部地区盐渍土水分迁移及冻胀特性研究[D];吉林大学;2011年
2 郑平;冻土区埋地管道周围土壤水热力耦合作用的数值模拟[D];中国石油大学;2011年
3 罗彦斌;寒区隧道冻害等级划分及防治技术研究[D];北京交通大学;2010年
4 曹秀玲;三河尖矿深井高温热害资源化利用技术[D];中国矿业大学(北京);2010年
5 王子龙;季节性冻土区雪被—土壤联合体水热耦合运移规律及数值模拟研究[D];东北农业大学;2010年
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中国硕士学位论文全文数据库 前7条
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6 郝飞;寒区冻土公路隧道温度场特性研究[D];东北林业大学;2012年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
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中国重要报纸全文数据库 前1条
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中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 张全胜;冻融条件下岩石细观损伤力学特性研究初探[D];西安科技大学;2003年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 水伟厚,高广运,韩晓雷,吕康成;寒区隧道围岩导温系数及其冻深分析[J];地下空间;2002年04期
3 杨更社,张全胜,蒲毅彬;冻结温度对岩石细观损伤扩展特性影响研究初探[J];岩土力学;2004年09期
4 赖远明,喻文兵,吴紫汪,何平,张孟喜;寒区圆形截面隧道温度场的解析解[J];冰川冻土;2001年02期
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7 本报记者 胥文秀 实习生 阎卿 通讯员 张明海 任忠杰;张承高速张家口至崇礼段通车在望[N];张家口日报;2010年
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1 刘国伟;水电站调压井围岩参数反分析及开挖稳定性仿真分析[D];四川大学;2005年
2 罗莉娅;四渡河悬索桥隧道锚围岩的蠕变研究[D];华中科技大学;2005年
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7 张志峰;位移函数法回归初始地应力与围岩稳定分析[D];河海大学;2004年
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9 赵会德;输水隧洞支护结构与围岩的相互作用分析[D];河海大学;2004年
10 李勇;朝阳镇至长白公路老岭隧道围岩应力—应变分析[D];吉林大学;2004年
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