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摘 要

论文作者签名：＿＿＿＿＿导师签名：＿＿＿＿日期：＿＿＿

摘要

与常规隧道相比较，高海拔寒区隧道受寒冷环境的影响，面临着渗漏挂冰，冻胀开裂，隆起等各种冻害，这些冻害严重在威胁着当地居民以及出行者的交通安全的同时，其维修保养亦会耗费大量人力物力。

因此，需要对寒区隧道围岩温度场分布及其变化规律进行研究分析，以科学地指导寒区隧道进行保温设计，达到经济，安全等要求。国内外现已有大量依托于某特定寒区隧道工程进行的研究。但是在很多研究中，渗流对于温度场的影响未被纳入考虑，这是由于大型隧道工程的渗流场测量工作是十分困难的。

因此，以模型试验为基础，分析研究不同风速和地下水流条件下道围温度的时空分布规律，研究不同风速和地下水渗流条件下隧道冻害的发生条件。通过不同试验条件下的试验，对比试验结果，得出主要结论：由于热量传递的作用，渗流对于隧道围岩冻结往往具有阻碍作用；通风则会加快围岩冻结的速度。

关键词：寒区隧道；大渗流条件；温度场

Abstract

Comparing to common highway tunnels, those built in high-latitude cold region are often confronted with all sorts of frost damages, such as leakage, ice covering and lining cracking, mostly caused by low temperature. These damages have posed a threat to travelers and local residents, considering the safety issue. It would cost a lot of money for service and maintenance of tunnels as well.

Research on the distribution and change rule of temperature field within wall rock of tunnels in cold region is needed, therefore, to instruct the insulation design to meet the standard of safety and economy.

Much research has been conducted at home and abroad based on certain constructions, however, little out of which has considered the influence exerted by seepage-flow on the temperature field.

The temporal and spatial distribution of the temperature field of the surrounding rock under different wind speed and groundwater seepage conditions is studied based on the model test, as well as occurrence conditions of tunnel frost damage under different wind speed and groundwater seepage.

Tests under different experimental confidences are conducted and the results from the tests are compared. The results show that due to the effect of heat transfer, seepage tends to have a hindrance to the freezing of the tunnel; When the velocity of seepage is high relatively , the ventilation is conducive to freezing.

Key words：tunnels in cold region; high seepage velocity; temperature field;

目 录

摘要................................................................................................................................ I

Abstract…………………………………………………………………...………….. II

第一章 绪论…………………………………..……………………………………..1

1.1 工程意义……..…...……….…..…..........................................................1

1.2 国内外研究现状…...…………………….……………………………..3

第二章 通风和地下水渗流联合作用下的寒区隧道围岩传热模型试验….…..5

2.1 试验设备及仪器…………........................................................................5

2.2 回填土的物理指标………..…...……………….………………………..6

2.3 测量方案…………...….…………………………………………………8

2.4 各工况的试验条件……………………………………………………..11

第三章 通风和渗流联合作用下的寒区隧道温度场时空演变规律……..………..13

3.1 渗流场分析……………………………………………………………13

3.2 各工况的详细结果…....…………...………………………………….14

3.3 不同工况对比……..….……….…….……..………………………….26

第四章 结论与展望……...……………………………….………………………..29

致谢 32

参考文献 33

绪论

工程意义

所谓土是指当环境温度达到零摄氏度或者以下的时候，含有固态水的各种壤。冻土在我国冬天气温较低的东北地区和西北地区分布比较广泛。冻土按照其冻结的时间和冻结的状态一般可以分为两类，受季节变化的影响，在寒冷的冬季冻结，而在高温的夏天融化的，称之为季节性冻土；而冻结状态或时间保持三年以上不融化的冻土，则成为多年冻土。地球陆地表面的季节性冻土和多年冻土区的总面积占陆地总面积的比例超过一半，这些冻土区主要分布在北美大陆的西北端（环北冰洋，白令海，太平洋海岸线）、加拿大、寒冷的北亚地区和中国的西北、华北，东北地区。论冻土面积，俄罗斯以超过1000万平方公里位居世界榜首。第二名则是国土面积同样排在第二名的加拿大。中国以超过200万平方公里的冻土面积排在第三。此外，也有一些发达国家的国土中，冻土占据着不小的比例，比如美利坚合众国，格陵兰等。

根据已有的统计数据，在经纬度跨度均较大的我国，有一半以上的国土都位处寒区之中。而在我国的冻土寒区之中，有相当大部分是分布在西部和东北地区。这些高海拔或者高纬度的地区，往往会蕴藏着大量的金属、木材和其他生物资源，为了充分并合理地采取并利用这些资源，从而会获得最高的效益，往往会在这些地方修筑大量的公路或者铁道以及其他的工程基础设施，以便于开采，运输这些资源。

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