自然浸水-冻融条件下寒区隧道有机保温材料劣化规律研究

为研究聚酚醛、聚氨酯、聚苯乙烯3种寒区隧道有机保温材料的劣化特性，通过室内试验分析自然浸水-冻融条件下材料物理力学性能和微观结构的变化，并基于参数变化对比劣化速率。研究结果表明： 1）各保温材料吸水时均经历快速—平缓—稳定3个阶段。聚酚醛吸水时间最长，为192 h； 50次冻融循环后，聚苯乙烯质量吸水率最高，为67.50%。2）各材料导热系数与冻融循环次数、质量吸水/含冰率的关系采用二元线性模型预测，冻结状态的聚苯乙烯及融化状态的聚氨酯受冻融循环影响最大。3）未冻融时，聚苯乙烯导热系数最低，为0.029 1 W/(m·K)； 但在50次冻融循环之后，融化状态的聚苯乙烯和冻结状态的聚酚醛导热系数最低，分别为0.034 4、0.047 3 W/(m·K)。4）聚氨酯压缩强度远大于其他材料，最高为0.476 MPa。材料隔热性能的劣化主要受微观气泡形态、孔径大小、气孔开裂等因素的影响。     

基于磁处理法的隧道永磁体排水管防结晶试验

为预防隧道排水管结晶堵塞，提出永磁体排水管关键技术指标，通过自制的永磁体排水管开展室内试验和现场试验，研究磁场强度、流量、磁体布置间距对永磁体排水管内结晶的影响，根据不同条件下结晶物的质量变化和SEM图像进行试验分析。结果表明： 1）磁场强度为0.1~0.3 T时永磁体排水管具有较好的防结晶效果，磁场强度超过0.2 T后防结晶效果逐渐降低，当磁场强度为0.4 T时永磁体排水管内结晶量反而大于普通排水管； 2）随着试验管段内溶液流量增大，永磁体排水管的防结晶效果增强，但当流量超过450 mL/s之后，防结晶效果不再随流量增大而增强； 3）经永磁体处理后，管道内的结晶物由规则的立方体形状转变为粗糙松散的不规则体，由硬质块状转变为粉末状，有从方解石向文石、球霞石转化的趋势； 4）随着管道永磁体布置间距减小，管道内最终结晶量呈下降趋势，在10、40、70 cm 3种永磁体布置间距中，最佳布置间距为40 cm。     

杭州千岛湖隧道群施工监控量测组织方案研究

隧道施工监控量测组织方案合理与否直接与投入人力和财力多少有关,而隧道群施工监控量测组织方案与诸多因素有关,非常复杂。本文从人员、人工费和监控量测交通费等角度,在考虑掌子面多少、隧道交通条件及隧道间距离等条件下,研究了杭州千岛湖隧道群的施工监控量测组织方案,得到了杭州千岛湖隧道群施工监控量测的最佳组织方案,研究成果可为类似隧道群施工监控量测的投标及组织方案选择提供参考。     

青藏铁路旱桥冻胀力的弹塑性分析

假设土体在冻结前已固结完毕,冻结过程中土体为具有弹塑性本构特征的各向同性体,土中的水分迁移符合达西定律,且土颗粒不可压缩。在给出冻土温度场、水分场基本方程及冻土弹塑性本构方程后,应用弹塑性有限元法,模拟旱桥施工过程。依次求出旱桥在围岩自重作用下的初始应力场、当前应力水平下围岩的温度场和体积膨胀引起的等效节点荷载,再求出上述荷载增量对应的应力增量和当前的围岩应力场,重复上述计算步骤直到规定年限。本文对青藏铁路旱桥单桩冻胀过程中在未来20年的应力场进行模拟计算,结果表明旱桥仅在靠近桥桩底部产生塑性应变,且塑性应变区很小,该旱桥是安全的。另外,本文提供分析寒区旱桥冻胀的理论与数值计算方法,可为类似工程设计提供参考。     

不同水位下隧道排水管结晶堵塞引起的衬砌应力分析

为研究不同水位下隧道排水管结晶堵塞引起的衬砌应力变化规律,通过"以板代孔"法对排水管堵塞进行模拟,研究了5种堵塞工况与4种地下水位工况下隧道衬砌应力变化规律。结果表明:不同堵塞工况与不同水位工况下隧道衬砌应力变化规律是一致的;在同一堵塞程度下,随着原始地下水位的升高,隧道衬砌应力随之增加,隧道左右拱脚处衬砌最大主应力差值随之增加,最小主应力差值随之减小;在同一水位工况下,堵塞程度75%是隧道衬砌受力变化的转折点。由此可见,由于排水管的堵塞,衬砌应力明显增加,当地下水位由于排水系统堵塞升高时,衬砌受力更为不利。因而在隧道建设过程中应重视排水系统有效排水,保障衬砌结构安全。     

多年冻土隧道工程中的隔热层参数优化设计研究

隔热层经常被用于多年冻土隧道中,来防止隧道结构的冻融破坏。文章根据多年冻土特点及优化理论,推导了多年冻土隧道隔热层的数学优化模型;并以风火山隧道为例进行求解,分析研究了隔热层用于多年冻土隧道的合理性和经济性。结果表明,该多年冻土隧道隔热层的数学优化模型是合理的,求解方法是可行的;对于多年冻土隧道,地表温度对隧道围岩影响深度是有限的,因此多年冻土隧道隔热层应根据隧道埋深、年平均温度以及年较差分段设计,才能达到既合理又经济的目的。     

异形孔水包爆破数值模拟及现场试验北大核心CSCD

为了提高隧道光面爆破效果,提出异形孔水包爆破技术。以径向不耦合装药和间隔装药的岩石损伤、径向和轴向的爆破效率、径向孔壁压力和现场周边孔炮痕率、岩石破碎情况、隧道超欠挖情况为依据,分析其爆破效果。结果表明:(1)径向不耦合系数的改变对轴、径向爆破效果有影响,间隔装药系数的改变仅对轴向和孔间爆破效果有影响;(2)当K_(d)=1.25时,岩石破坏区集中发生在炸药孔间内,岩石轴向破坏区较小,当K_(d)=1.75时,过量水包出现耗能现象,岩石破坏区较小;(3)异形孔水包爆破技术能产生光滑的隧道开挖轮廓线,渣石更破碎,K_(r)=1.5和K_(d)=1.5为其最优装药系数。     

冻土区路基填土力学参数原位测定及变形模式分析

基于现场路基填土的载荷试验的结果,分析并确定了在多年冻土区环境情况下,路基填土在经历了一个冻融循环后的承载力、变形模量、剪切模量等力学参数.并就该土层位移变形模式进行了探讨且检验了其正确性.结果表明:将冻土理想化为三维弹性连续介质是较为合理的,其位移变形的理论计算值与实测值较为吻合.     

寒区隧道隔热层设计参数的实用计算方法

根据冻土学基本理论推导寒区隧道围岩的季节冻结深度和季节融化深度计算公式.根据传热学的热流连续定律,分别计算隧道围岩的热流量及含隔热层和衬砌隧道围岩的热流量;采用当量换算法推导出寒区隧道隔热层厚度及导热系数的计算公式.以青藏铁路风火山隧道为例,采用推导的隔热层厚度及导热系数公式进行计算.结果表明:隧道DK1 159+046断面在2004年需要的隔热层厚度为4.1 cm,导热系数为0.03 W·(m·℃)-1;考虑未来50年升温2.6℃,全隧道铺设厚度为5cm、导热系数为0.03 w·(m·℃)-1的隔热层,在前20年基本保证围岩不融化,在之后的30年围岩可能会融化.隧道实际的隔热层厚度为5 cm,导热系数为0.03 w·(m·℃)-1,2004年实测地温资料表明隧道围岩没有融化.此计算公式在寒区隧道设计的初始阶段,可用于指导隧道隔热层厚度和导热系数的参数设计.     

多年冻土区铁路通风路基室内模型试验研究

介绍了青藏铁路多年冻土区通风结构路基内模型试验的研究结果。分析了模型路基典型部位的温度随时间的变化情况及整个路基2个典型断面在最低负温，最高正温和融化期结束时的温度场特征。通过对不同周期内对应时刻温度场的对比分析表明：随着时间的推移，路基土体的温度有明显的降低，最大融化深度有逐渐减小，这说明通风管路基结构形式能够有效地为路基提供冷能，发挥保护冻土，维持路基稳定性的作用。沿着风向方向，路基温度场呈不对称分布；通过通风管中心的断面和位于两根通风管中间的断面温度场在同一时刻非常相似，说明在路基的横断面上温度分布是对称的。