基于冻土正交各向异性变形的地铁隧道冻结期地层三维冻胀规律研究的开题报告.docx

基于冻土正交各向异性变形的地铁隧道冻结期地层三维冻胀规律研究的开题报告
一、选题背景和意义
随着城市化进程的加速推进，地下交通运输越来越成为人们出行的主要方式，地铁隧道作为城市地下交通网络的重要组成部分，其建设对于改善城市交通状况、缓解交通拥堵有着重要的作用。而在地铁隧道建设过程中，地下工程环境的复杂性、规模的庞大性、施工地质条件的特殊性都给施工过程带来了极大的难度，其中冻结法施工是一种常用的方法。
冻结法施工是利用冻土正交各向异性变形的特性，通过通过人工或自然冰冻土壤创造的强度和稳定性，以此来维护周边环境的稳定。而在冻结过程中，随着孔隙水的结冰膨胀，土层会出现不同程度的破坏，膨胀力会使得隧道结构产生向外的膨胀。因此，对于寒冷区域隧道地层的三维冻胀规律的研究，对于地铁隧道的施工、运营以及安全管理等方面具有重要意义。
二、研究目的
本次研究旨在通过对寒冷区域下的地铁隧道地层进行冻结实验和仿真分析，研究冻结过程中的土体变形特征及其规律，通过实验和模拟分析的方法探究地层三维冻胀规律，为地铁隧道施工及安全管理提供参考依据，并为寒冷区域地铁隧道的建设提供技术支撑。
三、研究内容和方法
1.研究内容
（1）地铁隧道冻结期地层变形特征的实验研究。
（2）基于地铁隧道冻结实验研究结果，建立地层三维冻胀模拟模型。
（3）通过模拟研究，探究不同参数对土体冻胀的影响规律，分析影响因素。
（4）总结笔录实验、模拟的数据，归纳整理土体三维冻胀规律。
2.研究方法
（1）冻结实验：通过在模拟实验室内进行地铁隧道地层的冻结实验，记录土层变形以及温度、湿度和应力等指标随时间的变化情况。
（2）数值模拟：利用ANSYS有限元分析软件建立地层三维冻胀模拟模型，通过数值模拟对地层冻结期的变形规律进行仿真研究。
（3）实验数据处理：利用统计学方法对实验数据进行分析和整理。
四、预期成果
（1）冻结实验和模拟研究结果，明确地铁隧道冻结期地层变形特征。
（2）探究不同参数对地层冻胀的影响规律，对影响因素进行分析。
（3）总结笔录实验、模拟的数据，归纳整理地层三维冻胀规律。
（4）为地铁隧道建设提供实验依据及参考资料，促进地铁隧道建设技术的提升。
五、研究进度计划
第一阶段（2019年12月-2020年3月）：调研论文、专题报告、图书，收集所需资料，阅读文献资料。
第二阶段（2020年4月-2020年6月）：进行冻结实验并记录实验数据，归纳地层变形规律，初步建立数值模拟模型。
第三阶段（2020年7月-2020年9月）：利用ANSYS进行地层三维冻胀模拟，对结果进行分析和整理，初步探究影响因素。
第四阶段（2020年10月-2020年12月）：继续进行实验和模拟研究，系统整理和分析数据，初步总结三维冻胀规律。
第五阶段（2021年1月-2021年3月）：对实验和模拟数据进一步处理和分析，并撰写论文，完成毕业设计。