基于热流固耦合的寒区隧道冻害机理与区段分类研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51678495
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0806.工程建造与服役
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

For the tunnels in cold region when considering the life-cycle safety, the mechanism of frost damage and the corresponding control measures are the significant technical and theoretical issues. Facing the contradiction of the increment of tunnels in cold region and the increase of frost damage, the ice damage mechanism and the control measures will be systematically studied in this proposal. The analysis is based on large amount of practical projects and performed utilizing theoretical analysis, model test, numerical simulation and in situ tests. Through evaluating the frost heaving force and the freezing body, based upon the transmission of heat among gas, liquid and solid tri-state mediums, and considering the flow process of underground water from surrounding rock to the outside of tunnel, the fluid-solid-heat coupling model can be reached and include the phase change and the influence of turbulence. The numerical solution of the coupling model can be obtained by utilizing program compiling. Based upon the model test and large amount of computation, the internal relation of the frost heaving force and the freezing body with respect to the four kinds of factors can been analyzed, which are the meteorological environment, the geological environment, the hydrologic environment and engineering measures. Therefore, the mechanism of frost damage can be achieved. Employing the factor analysis method, the sensitivity and the influence degree of the four types of factors can be studied. Upon the systematic analysis of on-site frost damage cases in tunnel, from the perspective of the temperature field with three states, the method and the standard for scientific sectionalized classification can be formed, which will lay the foundation for choosing the countermeasures for tunnels in cold region. The outcomes of this proposal can play significant role for the design, the construction, and the maintenance of tunnels in cold regions.
冻害发生机理与防控是寒区隧道工程全寿命期的重大理论和技术难题,面对寒区隧道数量增加与冻害频发的矛盾,本课题以冻胀力和结冰体作为评判指标,依托大量工程实践,采用理论分析、模型试验、数值仿真和现场测试等手段,从热量在固、液、气三态物质间的多方式传递角度,考虑地下水由围岩经排水系统到洞外的流动全过程,构建含相变和紊流影响的热-流-固耦合模型;采用程序编译手段完成耦合模型的数值求解,基于相似模型试验和海量计算,发现气象环境、地质环境、水文环境和工程措施四类因素集与冻胀力和结冰体两个指标间的内在关系,揭示寒区隧道冻害发生机理。采用因素分析法对四类因素集中各因素的敏感度和影响度进行研究,系统分析现场隧道冻害案例,从三态物质的温度场角度形成科学可行的寒区隧道区段分类方法和分类标准,为寒区隧道冻害防控对策的选择奠定基础。研究成果对于寒区隧道的抗防冻设计、施工和维修养护具有重要理论意义和工程实用价值。

结项摘要

我国的疆域幅员辽阔,其中寒冷区域分布广泛,主要以北部高纬度和西部高海拔地区为代表。伴随中西部协调发展和振兴东北等战略的推进,寒冷地区的交通基础设施建设发展迅猛,隧道工程作为克服地形障碍的主要形式,数量猛增。鉴于前期对寒区隧道抗防冻的认识不足,导致既有寒区隧道工程冻害问题日益突出。着眼于寒区隧道工程的冻害防控理论和技术,课题组重点开展了寒区隧道冻害发生模型、冻害影响因素与规律、冻害发生机理和冻害防控技术体系等方面的研究工作,一定程度上推动了寒区隧道工程领域进展,得到了一定的研究成果:(1)在考虑紊流等效应的基础上,建立了适用于寒区隧道冻害防控的热流固耦合计算模型,经过多座寒区隧道现场实测数据的验证表明模型具有良好的可靠性;(2)明晰了气象条件(气温、风速、风向等)、地质条件(导热系数、比热容、密度等)、工程措施(保温层、排水沟、纵向设防段落)等诸多因素对寒区隧道冻害发生、发展和后果的影响规律,揭示了寒区隧道工程的冻害发生机理;(3)建立了基于耦合温度场的寒区隧道分类方法,确定了气温主导型、地温主导型和水温主导型三个主要类型,并分别形成了相应的寒区隧道冻害防控技术体系,特别是确定了寒区隧道深埋中心水沟合理埋置深度、纵向设防长度、保温层设计参数三个关键抗防冻措施的设计计算方法,并成功应用于京沈、辽中环线等多个隧道工程。工程应用结果表明,相关计算方法简单易用,具有良好的可靠性,可以为寒区隧道冻害防控提供良好的理论支持,对于需求日益迫切的新建寒区隧道和数量庞大的既有寒区隧道而言,具有良好的工程科学价值和推广应用前景。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(0)
专利数量(6)
导热系数对寒区隧道温度场时空分布的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    西南交通大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙克国;李思;许炜萍;肖支飞;李昊波;徐雨平
  • 通讯作者:
    徐雨平
寒区隧道温度场分布规律及围岩特性影响
  • DOI:
    10.13807/j.cnki.mtt.2016.06.010
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    现代隧道技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙克国;徐雨平;仇文革;郑强
  • 通讯作者:
    郑强
寒区隧道温度场的围岩热学参数影响及敏感性分析
  • DOI:
    10.15951/j.tmgcxb.2017.s1.021
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    土木工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李思;孙克国;仇文革;许炜萍;李利平
  • 通讯作者:
    李利平
Analysis and prediction of mechanical characteristics of corrugated plate as primary support in tunnels
隧道主要支护波纹板力学特性分析与预测
  • DOI:
    10.1016/j.tust.2021.103845
  • 发表时间:
    2021-02-05
  • 期刊:
    TUNNELLING AND UNDERGROUND SPACE TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    6.9
  • 作者:
    Sun, Keguo;Hong, Yiqin;Yuan, Ziyi
  • 通讯作者:
    Yuan, Ziyi
气流作用下的季冻区隧道温度场及影响因素
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中国铁道科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郑余朝;孙克国;司君岭;孟庆余;陈宇;张弛
  • 通讯作者:
    张弛

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其他文献

Study on the Characteristics of Safety Distribution Changing with Buried Depth for Metro Station in Upper-Soft and Lower-Hard Stratum
上软下硬地层地铁车站安全分布随埋深变化特征研究
  • DOI:
    10.1155/2018/6047919
  • 发表时间:
    2018-10
  • 期刊:
    Advances in Civil Engineering
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    孙克国;许炜萍;仇文革;李昊波;鲜晴雨;李涛
  • 通讯作者:
    李涛
公路隧道超前地质预报应用现状与技术分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    地下空间与工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李术才;孙克国;张庆松;许振浩
  • 通讯作者:
    许振浩
基于污染物体积分数判识的长大隧道竖井位置优化研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    山东大学学报(工学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐庆辉;孙克国;朱峰;许洪伟
  • 通讯作者:
    许洪伟
不等跨连拱铁路隧道围岩压力分布及受力特征模型试验研究
  • DOI:
    10.16285/j.rsm.2015.11.006
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    岩土力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张俊儒;孙克国;卢锋;郑宗溪;孙其清
  • 通讯作者:
    孙其清
关键孔注浆方法在高压裂隙水封堵中的应用研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    岩石力学与工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李术才;张庆松;韩伟伟;张霄;原小帅;孙克国;刘人太
  • 通讯作者:
    刘人太

其他文献

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孙克国的其他基金

基于热-流-力耦合的寒区岩质隧道耐冻支护机制与结构研究
  • 批准号:
    52178396
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    58 万元
  • 项目类别:
    面上项目
高压动水岩溶隧道注浆防突水机理与数值试验平台研究
  • 批准号:
    51108387
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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相似海外基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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