寒区隧道围岩水热耦合数值分析

来源期刊：东北大学学报(自然科学版)2020年第5期

论文作者：张泽 王述红 杨天娇 张雨浓

文章页码：635 - 641

关键词：寒区隧道;水冰相变;水分迁移;水热耦合;COMSOL软件;

摘    要：寒区隧道土体中的水分迁移和相变是冻害问题的主要诱因.基于混合物理论,建立考虑水分迁移和水冰相变的联合求解微分方程对水热耦合问题进行求解,并使用COMSOL Multi-physics软件进行模块开发,实现渗流-温度耦合数值模拟,进而将模拟结果与土柱冻结实验的结果进行对比,证明水热耦合模型是正确的.最后以西藏自治区米林隧道为例,对温度场、水分场模拟分析并对是否考虑水分迁移的温度场进行对比.结果表明:随着时间的增加,隧道顶部边界气温由-0. 82℃降低到-9℃,隧道内部边界温度由-0. 74℃降低到-11. 11℃,并在3月份隧道温度回升;含冰量峰值出现在1月份,在3月份含冰量开始下降.同时,未考虑水分迁移的温度场中热传导速度较快,证明相变潜热对隧道中温度场的分布影响远大于液态水靠重力迁移造成的热对流传热.研究成果直观反映富水寒区隧道的冻害发生过程,具有一定的参考价值.