“管幕-凍土”復合結構隧道預支護的力學機理中文摘要

港珠澳大橋連接線拱北隧道施工所采用的管幕凍結法為國內首創(chuàng)，作為隧道礦山法施工的預支護體系的管幕-凍土復合結構，形式新穎、構造特殊。在項目建設之際，迫切需要對其力學機理開展研究。管幕-凍土復合結構具有實心鋼管與空心鋼管的顯著剛度差異性和管間凍土帷幕的高梯度非均質性，其強度、變形和破壞的力學機理極為復雜。課題借助非穩(wěn)態(tài)共軛傳熱計算理論，通過數(shù)值模擬求解伴有相變的管幕凍結溫度場分布規(guī)律，并通過理論分析得到非均質凍土帷幕數(shù)值計算模型；借助鋼管-凍土接觸面剪切試驗，建立管幕-凍土復合結構接觸面的非線性彈性-理想塑性模型；再借助管幕-凍土復合結構室內模型試驗，研究其變形和破壞規(guī)律，并進行基于非均質凍土帷幕的數(shù)值模擬，分析不同條件下復合結構可能出現(xiàn)的破壞模式。研究期待探明管幕-凍土復合結構的基本力學機理，建立相應的力學模型和計算方法，為今后管幕凍結法的設計與施工提供科學依據。

港珠澳大橋連接線拱北隧道施工所采用的管幕凍結法為國內首創(chuàng)，作為隧道礦山法施工的預支護體系的管幕-凍土復合結構，形式新穎、構造特殊。本項目主要完成了三方面的工作，一是結合提出的“凍起來、抗弱化、控凍脹”理念，通過原型試驗研究驗證管幕凍結法的可行性與可操作性。二是基于保角變換將單圈凍結管不等距模型轉化為特殊的單排凍結管模型，結合Laplace方程邊界可分離特性，推導了該特殊排管的溫度場解析解，進而求出單圈凍結管不等距布置的溫度場解析解，考慮到現(xiàn)場實際布管中圓形凍結管和異形凍結管存在一定的徑向錯位距離，在單圈凍結管不等距基礎模型上進行改進，推導了考慮錯位的雙圈凍結管溫度場解析解。三是通過復合結構試驗探明管幕-凍土復合結構的基本力學機理，建立相應的力學模型和計算方法，為今后管幕凍結法的設計與施工提供科學依據。 2100433B

淺埋軟弱地層隧道旋噴預襯砌支護

如果說淺土凍土力學是天然凍土上（或其中的建筑物基礎工程的基礎理論，那么深土凍土力學則是以人工凍土為材料的地下結構物，即凍結壁的基礎理論，它對各種地下工程，如礦山工程、地下鐵道、越江隧道、越海隧道等，用人工凍結法施工的凍結壁的外載構成，形成機理、力學參數(shù)的變化規(guī)律及數(shù)值確定，凍結壁整體強度與試件強度的關系進行研究，并對工程應用起指導作用。