【摘要】：社會的不斷發(fā)展和人口的持續(xù)增長,為城市地下空間的進一步開發(fā)利用創(chuàng)造了需求。修建地下結(jié)構(gòu)通常需要進行開挖支護,同時要求土體具有足夠的強度,以便在開挖過程中能保持地層穩(wěn)定。在高地下水位的軟土地層中進行開挖時,一般需要采取適當?shù)牡鼗良庸檀胧�。人工凍結(jié)法是巖土工程地基加固中常用的技術(shù),適用于高地下水位軟弱地層的隧道施工、邊坡加固、地下水控制和臨時開挖支護等。人工凍結(jié)法是一種多用途的技術(shù),與注漿加固相比,人工凍結(jié)法是完全可逆的,對環(huán)境影響較小的地基加固方法。但對于高地下水流速的地層,由于地下水提供了連續(xù)的熱源,使得人工凍結(jié)壁的交圈時間較長,有時甚至無法實現(xiàn)地層的凍結(jié)閉合。為探討地下水流速對人工凍結(jié)效果的影響,本文基于COMSOL Multiphysics軟件,對不同滲透流速作用下地鐵隧道人工凍結(jié)加固效果進行數(shù)值模擬,探討不同滲透流速下人工凍結(jié)壁形成的機理。本文基于多孔介質(zhì)的傳熱和滲流理論,建立了二維有限元數(shù)值模型,模擬了不同滲流速度下地鐵隧道溫度場隨時間推移的變化規(guī)律。模擬結(jié)果表明,人工凍結(jié)圈的形成受地下水滲流速度的影響極大,在無地下水滲流的情況下,凍結(jié)管周圍溫度場對稱分布。在有地下水滲流時,凍結(jié)管周圍溫度場的分布不對稱,與下游側(cè)凍結(jié)管相比,上游側(cè)凍結(jié)管受滲流影響更嚴重。在超過特定的滲流速度下(大于2m/day),人工凍結(jié)壁無法形成。通過與以往的室內(nèi)實驗及現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的對比,驗證了數(shù)值仿真結(jié)果的正確性。此外,本文對不同土壤類型的溫度場分布規(guī)律進行了研究。結(jié)果表明,砂質(zhì)土比粘性土更有利于進行人工凍結(jié)。最后,本文對哈爾濱地鐵車站人工凍結(jié)工程進行了數(shù)值模擬,同時收集了現(xiàn)場監(jiān)測點的溫度分布值。通過溫度場的監(jiān)測結(jié)果與模擬結(jié)果進行比較,驗證了數(shù)值模擬結(jié)果的有效性。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U455.4

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