【摘要】：南寧盆地膨脹巖分布較為廣泛,修建地鐵必將大范圍穿越膨脹巖層。地鐵長期運(yùn)營過程中不斷產(chǎn)生熱量,膨脹性圍巖作為傳蓄熱的載體同時(shí),其特性也會(huì)受到熱量變化的影響。溫度的長期反復(fù)變化,使得膨脹巖土內(nèi)部各組成分也隨之變化,改變了巖土體的材料本身性質(zhì),影響到變形、強(qiáng)度特性及水理性質(zhì)等,使原有的內(nèi)外作用力或增強(qiáng)或減弱,膨脹巖發(fā)生濕熱遷移及體積變化。在地鐵運(yùn)營這一工程背景下,針對膨脹巖特殊的“熱敏性”,研究膨脹性地鐵圍巖的傳熱規(guī)律及其熱效應(yīng),具有十分重要的理論與實(shí)際意義。本文以南寧地鐵隧道穿越的膨脹巖層為研究對象,采用工程現(xiàn)場調(diào)研、數(shù)據(jù)采集分析、室內(nèi)機(jī)理試驗(yàn)和模型試驗(yàn)以及數(shù)值模擬等研究手段,對膨脹性圍巖的“熱”相關(guān)問題開展研究。對南寧地鐵1、2號(hào)線共56個(gè)車站及區(qū)間的第三系泥巖的熱物理指標(biāo)、物理力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)法分別分析各因素?cái)?shù)列與其他物理力學(xué)參數(shù)間的敏感性。通過試驗(yàn)對比不同粒徑范圍的重塑膨脹巖與原狀膨脹巖的差異,研究成果表明,進(jìn)行傳熱特性、膨脹力試驗(yàn)與三軸試驗(yàn)時(shí),用粒徑范圍0.25mm≤d0.5mm的膨脹巖團(tuán)粒重塑可較好替代原狀樣;進(jìn)行無荷載膨脹率試驗(yàn)時(shí),應(yīng)用團(tuán)粒粒徑范圍1mm≤d2mm的重塑土樣替代原狀樣。在此基礎(chǔ)上,通過室內(nèi)試驗(yàn)分別探究了膨脹巖三相比例、溫度及膨脹率等因素對膨脹巖熱物理指標(biāo)的影響規(guī)律,剖析其傳熱特性。結(jié)果表明,重塑膨脹巖的導(dǎo)熱系數(shù)與含水量、干密度及溫度正相關(guān),而與吸水膨脹后的變形量負(fù)相關(guān),并結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果分別建立了導(dǎo)熱系數(shù)與含水率、干密度雙參數(shù)間的關(guān)系式和不同溫度條件下導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算公式。為了揭示膨脹巖的膨脹性與強(qiáng)度的熱效應(yīng),在不同溫度條件下分別對重塑膨脹巖進(jìn)行了無荷載膨脹率試驗(yàn)、膨脹力試驗(yàn)和三軸試驗(yàn)。研究表明,膨脹巖的膨脹率和膨脹力都隨著溫度的升高而增加,膨脹力和溫度間有較為良好的相關(guān)性,通過擬合可以得到膨脹力與溫度關(guān)系式:P=AeBt;當(dāng)膨脹巖土樣含水率較低時(shí),膨脹巖強(qiáng)度表現(xiàn)出“熱硬化”,粘聚力c會(huì)隨著溫度的升高而增大,膨脹巖土樣含水率較高時(shí),膨脹巖強(qiáng)度表現(xiàn)出“熱軟化”,粘聚力會(huì)隨著溫度的升高而減小。根據(jù)南寧地鐵實(shí)際工況,采用大型模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法研究地鐵運(yùn)營所產(chǎn)生的熱量對管片和圍巖的影響規(guī)律,分析不同工況下膨脹性圍巖的傳熱規(guī)律及膨脹巖熱效應(yīng)對盾構(gòu)管片的內(nèi)力作用與形變特征,并對結(jié)果進(jìn)行相互印證。研究結(jié)果顯示,地鐵運(yùn)營2.37years～5years后,隧道圍巖溫度趨于穩(wěn)定,圍巖的熱套厚度為4倍隧道直徑(4D);隧道圍巖的膨脹力會(huì)隨著溫度的升高而增加,熱效應(yīng)較為明顯。研究成果可為今后地鐵工程設(shè)計(jì)施工提供參考依據(jù),也為地鐵運(yùn)營過程中膨脹性圍巖的“熱”相關(guān)問題提供借鑒。
【圖文】：

本文采用綜合研究方法，主要有工程現(xiàn)場調(diào)研、數(shù)據(jù)采集分析、機(jī)理和模型試驗(yàn)以逡逑及數(shù)值模擬等，對南寧地鐵隧道膨脹巖圍巖的傳熱特性及熱效應(yīng)進(jìn)行研究。逡逑研究技術(shù)路線如圖１－１所示。逡逑７逡逑

盆地內(nèi)膨脹土分布的地區(qū)主要有南寧、武鳴、邑寧、橫縣等，其中南寧市的膨脹逡逑巖分布在東、西部地面標(biāo)高９０？１５０ｍ的壟狀丘陵地帶。南寧地鐵１、２號(hào)線主要穿越的逡逑膨脹巖地區(qū)如圖２－１所示。其巖性為灰綠、灰白色為主的湖相沉積第三系泥巖，，含有鈣逡逑質(zhì)團(tuán)塊以及鐵錳結(jié)核和膠膜，有的地方層理清晰，與粉砂巖、粉細(xì)沙或砂礫層互層。逡逑；Ｖ邐丨逡逑軌邐〃一邐第三系泥巖邋１逡逑＾邐分布區(qū)邐／逡逑ｆｄ？畜牧研究所逡逑環(huán)城高速邋ｉｆ邐＇、邋Ｅ塘逡逑圖邐第三系眺巖土分布區(qū)逡逑圖２－１南寧膨脹巖分布情況逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｔｈｅ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｓｗｅｌｌｉｎｇ邋ｒｏｃｋ邋ｉｎ邋Ｎａｎｎｉｎｇ逡逑１０逡逑
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U231;U451.2

【參考文獻(xiàn)】

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3 張婷;楊平;;不同因素對淺表土導(dǎo)熱系數(shù)影響的試驗(yàn)研究[J];地下空間與工程學(xué)報(bào);2012年06期

4 唐朝生;崔玉軍;Anh-minh Tang;施斌;;膨脹土收縮開裂過程及其溫度效應(yīng)[J];巖土工程學(xué)報(bào);2012年12期

5 邸佳穎;劉曉娜;任圖生;;原狀土與裝填土熱特性的比較[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào);2012年21期

6 李曉昭;熊志勇;喬恒君;馬娟;張學(xué)華;杜茂金;;地鐵隧道圍巖傳熱規(guī)律的監(jiān)測分析[J];地下空間與工程學(xué)報(bào);2012年01期

7 周東;樂觀永;劉晨暉;王業(yè)田;吳恒;;南寧市河流沖積相黏性土抗剪強(qiáng)度熱效應(yīng)研究[J];土木工程學(xué)報(bào);2012年02期

8 劉晨暉;周東;吳恒;;土壤熱導(dǎo)率的溫度效應(yīng)試驗(yàn)和預(yù)測研究[J];巖土工程學(xué)報(bào);2011年12期

9 于連廣;吳喜平;于赫男;;高頻熱擾對地鐵隧道土壤溫度的影響[J];土木建筑與環(huán)境工程;2011年05期

10 邵玉嫻;施斌;劉春;顧凱;唐朝生;;黏性土水理性質(zhì)溫度效應(yīng)研究[J];巖土工程學(xué)報(bào);2011年10期

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3 歐孝奪;城市環(huán)境下粘性土細(xì)觀結(jié)構(gòu)的熱力學(xué)行為研究[D];廣西大學(xué);2004年

本文編號(hào)：2702725