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风热水力耦合作用下风流对隧道冻胀力的影响研究
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作者 刘文俊 凌同华 +2 位作者 谭嘉诺 江永志 刘贤俊 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期5151-5162,共12页
寒区隧道围岩冻胀对衬砌结构产生附加荷载,危害着衬砌结构的安全性、耐久性,冷风流作用下寒区隧道热-水-力耦合机理尚不明确,研究其对隧道冻胀力的影响具有重要的理论意义。基于冻融圈层整体冻胀理论,建立考虑风流与衬砌的换热特性、热-... 寒区隧道围岩冻胀对衬砌结构产生附加荷载,危害着衬砌结构的安全性、耐久性,冷风流作用下寒区隧道热-水-力耦合机理尚不明确,研究其对隧道冻胀力的影响具有重要的理论意义。基于冻融圈层整体冻胀理论,建立考虑风流与衬砌的换热特性、热-水-力的相互作用与冻胀变形的正交各向异性的多场耦合模型。结合青山沙隧道现场实测冻结深度与冻胀力值,利用COMSOL Multiphysics有限元软件验证了该模型的可靠性。采用单因素分析法,讨论了风流持续时间、风流湿度、风流速度、风流温度对青山沙隧道冻胀力的影响规律,并对该4个因素进行了敏感性评价。研究结果表明:不均匀传热导致冻结深度不一,冻胀力分布不均;冻结深度计算结果中,仰拱最大,拱顶其次,拱脚最小;冻胀力计算结果中,拱脚冻胀力最大,拱顶其次,仰拱最小。随着风流持续时间、湿度、速度的增大与温度的降低,拱脚、拱顶冻胀力均随之变大,仰拱冻胀力增减情况受变形释放的应力影响较大,但三者冻胀力增大率呈现拱脚最大,拱顶次之,仰拱最小的趋势;控制风流持续时间,保持风流干燥、低速、非负温,可以有效减少冻胀力。冻胀力影响因素敏感性呈现“风流持续时间>风流温度>风流速度>风流湿度”的结果。研究结果可为寒区隧道的保温防冻措施设置提供理论依据。 展开更多
关键词 隧道工程 风热水力耦合 风流 冻胀力 正交各向异性冻胀
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