高速公路隧道火灾温度场分布规律研究

摘要

随着我国交通设施建设的发展,我国已经成为世界上公路隧道规模最大和里程最长的国家,随之而来的是隧道火灾频率的上升和灾难规模的扩大,研究隧道火灾已经迫在眉睫,本文以甘肃新七道梁隧道火灾为研究对象,利用模型试验和数值模拟的方法详细分析发生火灾后隧道空间内以及衬砌内温度场的分布规律。
　　模型试验采用缩尺1:2.7,研究衬砌混凝土含水量不同时,隧道发生火灾衬砌内部的温度传播规律;利用CFD软件建立网格模型,尽可能考虑实际的火灾规模、边界条件等,模拟隧道内通风速度不同时,隧道空间内部的温度场分布规律,衬砌内的温度场分布规律,并分析人员逃生方法以及隧道火灾救援策略。
　　通过模型试验和数值模拟分析,得出以下结论:
　　1、隧道空间内部纵向拱顶温度最高,距离火源较近的隧道空间温度分布为O字形,距离火源较远处为上凸形;人员逃生尽可能从隧道中间位置、降低高度逃生,救援工作从火源上游展开,并尽量增大风速,减小烟雾回流的影响;
　　2、火灾发生,距离火源越近,衬砌受到火灾的影响越严重;拱顶衬砌温度最高,拱腰次之,边墙最低;
　　3、衬砌内表面达到最高温度的时间为10分钟左右,高温维持时间与火源燃料和氧气供应有关,混凝土降温速率较慢,降低到自然温度一般需要时间在30小时以上;
　　4、隧道内风速越大,衬砌内表面受到火灾影响范围越大,扩大的范围主要为轻度损伤范围,中度损伤和严重损伤范围受风速影响较小;衬砌厚度方向损伤随着风速的增大减轻;
　　5、衬砌内的含水量对衬砌的最高温度以及升温速率影响重大,含水量越大,衬砌达到的最高温度越低,升温速率越慢;混凝土内部温度相差不大时,含水量越大,衬砌破坏越严重。
　　研究表明本文的研究结果与实际隧道火灾真实情况吻合,文章的研究方法、研究理论为以后隧道火灾的模拟工作提供依据,为以后隧道的防火设计提供参考。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2 公路隧道火灾发生的原因、特点及危害

1.3国内外隧道火灾研究现状

1.4公路隧道火灾温度场的主要研究方法

1.5公路隧道火灾温度场的研究意义

1.6本文研究内容与方法

第二章 物理模型试验理论基础与材料选取

2.1引言

2.2物理模型试验原型

2.3相似原理与相似比的确定

2.4模型试验材料的确定

2.5模型试验仪器及测试元件简介

2.6小结

第三章 基于原隧道火灾的物理模型试验

3.1引言

3.2模型试验设计

3.3试验过程

3.4试验结果与分析

3.5本章小结

第四章 隧道火灾数值模拟

4.1引言

4.2基本理论

4.3数值计算基本假定

4.4数值模拟参数的确定

4.5数值模拟工况

4.6数值模拟结果与分析

4.7本章小结

第五章 结论与展望

5.1主要结论

5.2展望

参考文献

研究生期间主要参与的课题及发表的论文

致谢