Some Investigations on Cracking of the Tunnel in Cold Region

寒区隧道裂缝的一些调查

• 批准号: 12555131
• 负责人: MIKAMI Takashi
• 金额: $ 6.02万
• 依托单位: HOKKAIDO UNIVERSITY
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12555131/
• 关键词: Road tunnel; Cold region; Tunnel lining; Thermal cracking; Data mining; Heat insulator; Semi-variogram; Design method; 寒冷地トンネル; 覆工ひび割れ; データマイニング; 設計気温; トンネル; 熱伝導解析; 熱応力解析; 寒冷地道路トンネル; 非定常熱伝導; 水和熱

The project is summarized as follows :(1) Temperature can be defined from homogeneous spatial processes by means of a linear transformation, and the design temperature for tunnel heat insulator can be interpolated by Semi-Variogram using a stochastic algorithm. A comparison of the estimated design temperature and the observed temperature of actual data shows that the proposed method yields very good results.(2) The periodic changes of atmospheric temperature can be transformed to a moving mean value and narrowing amplitude due to distance from the entrance of the tunnel.(3) It is found that data mining procedure using neural network is useful for finding the cause of cracks in the tunnel lining.(4) A numerical method is developed for analyzing for the one-dimensional moving boundary problem in semi-infinite region. The method is useful for determining the depth of the frozen ground behind tunnel lining. A comparison with other solutions suggests that the proposed method provide satisfactory accuracy.(5) In order to investigate the mechanics of thermal cracking in the tunnel lining, heat transfer and stresses are determined using the two-dimensional finite element method and employing interface element for the heat insulator. A concrete model including ageing effects and time-dependent properties is adopted. It is made clear that the elastic modulus of concrete in early ages and thermal conductivity of concrete are sensitive to thermal cracking.

(1)通过线性变换从均匀的空间过程中定义温度，采用随机算法用半方差函数对隧道保温层的设计温度进行插补。计算结果与实际观测数据的对比表明，该方法具有很好的效果。(2)由于距隧道入口的距离，大气温度的周期性变化可以转化为移动平均值和变窄幅度。(3)利用神经网络的数据挖掘方法可以有效地寻找隧道衬砌裂缝产生的原因。(4)建立了半无限区域一维移动边界问题的数值分析方法。该方法可用于隧道衬砌后冻土深度的确定。为了研究隧道衬砌的热开裂机理，采用二维有限元方法对隧道衬砌的热传递和应力进行了计算，并采用界面单元作为隔热材料。采用了考虑时效效应和时变特性的混凝土模型。研究表明，混凝土的早期弹性模量和混凝土的导热系数对温度裂缝非常敏感。

项目成果

須藤 敦史: "道路トンネルにおける坑内温度の変動について"寒地技術論文・報告集. 16. 275-282 (2002)

Atsushi Sudo：“关于公路隧道内的温度波动”寒冷地区技术论文和报告。16. 275-282 (2002)。

須藤 敦史: "トンネル断熱材の合理的設計を目的としたSemi-Variogrmによる坑口気温の補間"応用力学論文集. 5. 37-44 (2002)

Atsushi Sudo：“使用半变分法插值隧道入口温度，以合理设计隧道隔热材料”《应用力学杂志》5. 37-44 (2002)。

名和 豊春: "セメント中の3CaO・SiO_2の水和反応モデル"土木学会北海道支部論文報告集. 58号. 882-885 (2002)

名和丰治：《水泥中3CaO和SiO_2的水合反应模型》日本土木学会北海道分会论文报告第58. 882-885号（2002）。

河材 巧: "断熱材を有するトンネル覆工の冬期温度分布について"寒地技術論文・報告集. 18. 268-271 (2002)

Takumi Kawazai：“采用保温材料的隧道衬砌的冬季温度分布”寒冷地区技术论文和报告 18. 268-271 (2002)。

名和 豊春: "初期高温養生したモルタルの強度発現性に及ぼす高性能AE減水剤の影響"コンクリート工学年次論文集. 24. 333-338 (2002)

Toyoharu Nawa：“高性能 AE 减水剂对初始高温固化砂浆强度发展的影响”日本混凝土协会会议记录 24. 333-338 (2002)。