【碩士】地鐵隧道凍結(jié)法施工凍結(jié)壁溫度場(chǎng)及地表凍脹位移數(shù)值試驗(yàn)研究【2009】

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　　學(xué)科專業(yè)：水利水電工程　　授予學(xué)位：工學(xué)碩士　　學(xué)位授予單位：蘭州理工大學(xué)　　學(xué)位年度： 2009年　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市人口的增長(zhǎng)，建筑物不斷的向高層和地下發(fā)展，開發(fā)地下空間已成為人類擴(kuò)大生存空間的重要手段和發(fā)展趨勢(shì)，而修建地鐵將是開發(fā)地下空間最有力的手段之一?！　∪斯鼋Y(jié)法由于具有適應(yīng)各種復(fù)雜的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，可彌補(bǔ)盾構(gòu)施工的缺陷。無煙、無塵，環(huán)境污染小，適宜在城市中施工，不影響城市經(jīng)濟(jì)的正常運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，在地鐵施工中廣泛應(yīng)用。但是由于人們不能準(zhǔn)確把握凍結(jié)壁的溫度場(chǎng)及人工凍結(jié)所引起的地表凍脹位移量，使得在凍結(jié)法施工中出現(xiàn)各種事故，如道路出現(xiàn)裂縫、沉陷、結(jié)構(gòu)斷裂、基礎(chǔ)上拔等。　　針對(duì)以上問題應(yīng)用大型數(shù)值計(jì)算軟件ANSYS，通過對(duì)不同土體溫度設(shè)定不同焓值的方法建立了可以考慮人工凍結(jié)過程中的冰水相變現(xiàn)象的數(shù)值試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，通過大量的數(shù)值試驗(yàn)，量化研究了各種土質(zhì)下鹽水溫度、凍結(jié)管直徑、凍結(jié)管間距、土層含水量等參數(shù)對(duì)凍結(jié)壁溫度場(chǎng)的影響規(guī)律，此外，還通過引入負(fù)的熱膨脹系數(shù)的方法來考慮人工凍結(jié)過程中的地表凍脹問題，采用多種數(shù)值試驗(yàn)方案，著重研究了隧道埋深、凍結(jié)壁厚度、隧道開挖半徑、土體凍脹率等參數(shù)對(duì)地鐵水平凍結(jié)法施工地表凍脹位移的影響規(guī)律，得出以下結(jié)論：　　1．凍結(jié)壁的厚度均隨著凍結(jié)時(shí)間的增長(zhǎng)基本呈線性增長(zhǎng)：在同一時(shí)刻凍結(jié)壁厚度隨著凍結(jié)管直徑的增大，凍結(jié)管間距的減小，鹽水溫度的降低，含水量的減小而越來越大：　　隨著凍結(jié)時(shí)間的增長(zhǎng)各個(gè)因素下不同水平的凍結(jié)壁厚度的差值越來越大?！　?．在工程施工中凍結(jié)管的直徑最好不小于10cm，凍結(jié)管間距不大于0．8m，對(duì)于粘土，鹽水溫度不高于-22℃，粉質(zhì)粘土和亞砂土鹽水溫度均不高于-26℃?！　?．凍結(jié)速率均隨著凍結(jié)時(shí)間的增長(zhǎng)，先減小再趨于平緩，而后又有增大的趨勢(shì)?！　?．各因素的變化對(duì)凍結(jié)壁的影響由大到小依次為：鹽水溫度、凍結(jié)管間距、凍結(jié)管直徑?！　?．地表垂直位移量和水平位移量隨隧道埋深的增加而減小?！　?．地表垂直位移量和水平位移量隨人工凍結(jié)壁厚度的增加而增長(zhǎng)?！　?．地表垂直位移量和水平位移量隨地鐵隧道開挖半徑的增加而增長(zhǎng)。　　8．地表垂直位移量和水平位移量隨凍脹率的增長(zhǎng)而快速增大?！　?

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