隧道修复工程中冻土帷幕设计关键问题研究

论文摘要

本文依托上海市轨道交通4号线修复的工程实例，综合应用理论计算、数值模拟、实验、现场监测等多种手段对隧道修复工程中不同形式，不同功能，不同工况下冻土帷幕设计关键问题进行了研究，为今后冻土帷幕在隧道修复工程中的推广应用及类似工程提供了可以借鉴的理论和设计方法。 主要研究内容包括： 1、作为隧道冻土“塞子”的垂直冻土帷幕，在完好隧道一侧清淤排水，受损坏隧道一侧水土压力作用的工况下，垂直冻土帷幕设计关键问题研究。建立了垂直冻土帷幕的三维有限元模型，模拟冻土帷幕所受到的应力，通过不同厚度下冻土帷幕的变形和强度验算，确定冻土帷幕合理厚度，并通过现场监测说明原设计过于保守； 2、水平冻土帷幕在不同工况下的设计关键问题研究。 在土体二次冻结的试验数据基础上，建立了水平冻结施工的三维数值模型，模拟了不同工况下整个对接施工过程，着重研究了不同工况下水平冻土帷幕的变形与应力状况，并与理论计算进行了分析对比； 3、水平冻土帷幕温度场的有限元热分析，分析了它的形成及发展规律，为工程设计提供了可靠的依据，也为工程实践提供了保障。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.2 冻土帷幕在国内外研究现状
• 1.2.1 垂直冻土帷幕研究现状
• 1.2.2 水平冻土帷幕研究现状
• 1.2.3 冻土帷幕温度场的研究现状
• 1.3 本文主要研究内容及研究方法
• 1.3.1 主要的研究内容
• 1.3.2 主要采取的研究方法
• 第2章 工程概况及原设计方案
• 2.1 工程概况
• 2.2 工程地质
• 2.3 水文地质
• 2.3.1 地下水类型
• 2.3.2 地下水水位
• 2.3.3 地下水的温度
• 2.3.4 水力联系
• 2.3.5 地下水参数
• 2.4 原设计方案
• 2.4.1 总体修复方案
• 2.4.2 初步设计
• 2.4.3 江中段垂直冻结
• 2.4.4 江中段水平冻结
• 2.4.5 南浦大桥侧对接段
• 第3章 垂直冻土帷幕设计关键问题研究
• 3.1 垂直冻土帷幕的设计理论
• 3.2 垂直冻土帷幕的施工过程及计算工况
• 3.3 垂直冻土帷幕原设计计算
• 3.3.1 计算图式
• 3.3.2 计算参数
• 3.3.3 计算结果
• 3.3.4 原设计中的不足
• 3.4 垂直冻土帷幕的现场监测
• 3.4.1 盐水去回路温度监测
• 3.4.2 冻结区冻土温度监测
• 3.4.3 冻土帷幕厚度及发展速度分析
• 3.4.4 冻土帷幕平均厚度、平均温度分析
• 3.4.5 监测及综合分析结论
• 3.5 垂直冻土帷幕的三维有限元计算
• 3.5.1 工况的模拟
• 3.5.2 边界条件的确定
• 3.5.3 计算参数的确定
• 3.5.4 三维有限元模型及网格划分
• 3.5.5 水土压力的确定
• 3.5.6 计算结果
• 3.5.7 强度验算
• 3.5.8 有限元计算结果分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 水平冻土帷幕设计关键问题研究
• 4.1 冻土力学试验
• 4.2 水平冻土帷幕计算
• 4.2.1 冻土帷幕计算指标
• 4.2.2 计算工况
• 4.2.3 结构力学计算
• 4.2.4 三维数值有限元分析
• 4.3 两种工况两种计算方法的比较
• 4.4 本章小结
• 第5章 水平冻土帷幕温度场的有限元分析
• 5.1 人工冻土温度场研究概述
• 5.2 ANSYS有限元热分析的简介
• 5.3 利用ANSYS进行热分析的基本理论和方法
• 5.3.1 三种基本热传递方式
• 5.3.2 热分析遵循热力学第一定律,即能量守恒定律
• 5.3.3 冻结温度场基本理论
• 5.3.4 对带相变的传热过程的处理
• 5.4 水平冻土帷幕温度场的二维有限元热分析
• 5.4.1 模型参数
• 5.4.2 边界条件
• 5.4.3 计算模型
• 5.4.4 计算结果
• 5.4.5 冻土帷幕温度场分析
• 5.4.6 计算结论
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 本文结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果