寒区隧道温度场和排水沟埋置深度研究
本文关键词: 寒区隧道 最大冻结深度 排水沟埋置深度 对流换热 热扩散系数 出处:《铁道工程学报》2017年04期 论文类型:期刊论文
【摘要】:研究目的:寒区隧道冻害问题时有发生,防排水对策是冻害防控措施的重要组成部分,其中尤以排水沟的合理埋置深度最为重要,该深度受温度场控制,被气象环境、地质环境和工程措施三个因素影响。鉴于国内外对考虑热流固耦合效应的寒区隧道温度场和排水沟埋置深度的研究较少,本文结合实际工程对此问题进行研究,以期为寒区隧道冻害防治提供技术支撑。研究结论:本文采用理论分析、数值试验、现场测试三种手段,基于流固耦合传热理论,对寒区隧道温度场和排水沟的埋置深度进行研究,得到结论如下:(1)揭示了寒区隧道温度场的时空分布规律,发现了区域冻结深度与隧道排水沟埋置深度的差异性;(2)研究寒区隧道排水沟埋置深度时,应以热扩散系数作为控制指标,密度、导热系数、比热容均为二级指标;(3)提出了排水沟埋置深度计算公式,该公式基于最冷月平均温度,考虑了地表岩土体和隧道围岩的热扩散系数的差异性,为寒区隧道排水沟设计提供了依据;(4)通过对东北某隧道温度场监测数据的深入分析,验证了该计算公式的正确性,可为后续类似隧道工程的防寒工作提供借鉴或指导。
[Abstract]:Research objective: the problem of freezing injury occurs from time to time in the tunnel in cold region. The countermeasure of water prevention and drainage is an important part of the prevention and control measures of freezing injury, especially the reasonable buried depth of drainage ditch, which is controlled by temperature field. Influenced by meteorological environment, geological environment and engineering measures, there is little research on tunnel temperature field and drainage depth in cold region considering heat fluid-solid coupling effect at home and abroad. In order to provide technical support for the prevention and treatment of freezing injury of tunnels in cold region, this paper studies this problem in combination with practical engineering. Research conclusion: this paper adopts three methods: theoretical analysis, numerical test and field test. Based on the fluid-solid coupled heat transfer theory, the temperature field of tunnel and the buried depth of drainage ditch in cold region are studied. The conclusions are as follows: 1) the temporal and spatial distribution of tunnel temperature field in cold region is revealed. The difference between the freezing depth and the buried depth of the tunnel drainage ditch is found. 2) when studying the buried depth of tunnel drainage ditch in cold area, the thermal diffusion coefficient should be taken as the control index, and the density, heat conductivity and specific heat capacity are all the second grade indexes; A formula for calculating the buried depth of drainage ditch is put forward. Based on the coldest monthly mean temperature, the difference of thermal diffusion coefficient between the surface rock and the tunnel surrounding rock is considered. It provides the basis for the design of tunnel drainage ditch in cold area. 4) through the deep analysis of the temperature field monitoring data of a tunnel in Northeast China, the correctness of the calculation formula is verified, which can be used as a reference or guide for the cold prevention work of similar tunnel engineering in the following years.
【作者单位】: 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室;中铁二院工程集团有限责任公司;辽宁省高等级公路建设局;辽宁省交通规划设计院;
【基金】:国家自然科学基金项目(51678495,51578463)
【分类号】:U453.6
【正文快照】: 研究结论:本文采用理论分析、数值试验、现场测试三种手段,基于流固耦合传热理论,对寒区隧道温度场和排水沟的埋置深度进行研究,得到结论如下:(1)揭示了寒区隧道温度场的时空分布规律,发现了区域冻结深度与隧道排水沟埋置深度的差异性;(2)研究寒区隧道排水沟埋置深度时,应以热
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,本文编号:1485163
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