隧道凍害機理及凍脹力計算方法的研究.pdf

1、國內外大量鐵路、公路隧道建設和運營的實踐證明,在高緯度或高海拔的寒冷地區(qū),尤其是多年凍土地區(qū),加之地下水比較發(fā)育時,隧道常常會發(fā)生凍害,直接威脅到隧道結構及運營行車的安全,造成嚴重的經濟損失.然而,隨著中國經濟建設的蓬勃發(fā)展及西部大開發(fā)政策的進一步落實,對于交通基礎設施建設特別是路網(wǎng)完善的需求在不斷增加,大量凍土隧道的修建是不可避免的.因此,如何在凍土隧道的建設中采取行之有效的措施,避免或減輕凍害的發(fā)生,是目前隧道工程界急需解決的問題,

2、開展凍土隧道凍害機理及相關防治技術的研究具有重大的工程實際意義和廣闊的應用前景.在對大量凍土隧道凍害現(xiàn)象及其形成機理進行研究的基礎上,發(fā)現(xiàn)凍脹力是隧道凍害發(fā)生的主要原因,溫度條件、水文條件、圍巖條件、工程措施是隧道凍害發(fā)生的主要因素.因此,在凍土隧道的研究中,最關鍵的問題就是研究凍土隧道的凍脹力.目前從理論上計算凍土隧道凍脹力方法的研究走的是應力場、溫度場、滲流場三場耦合分析的路,但由于工程實際情況的復雜性和數(shù)學力學方法的局限性,目前還

3、處在非實用階段,有很長的路要走.鑒于此,該文首先根據(jù)彈性力學理論推出了凍土隧道凍脹力計算公式.同時,根據(jù)彈塑性力學及有限元理論提出了凍土隧道凍脹力半理論半經驗的計算方法,即以地溫測試確定凍結圈范圍、以原樣力學測試確定凍結與非凍結狀態(tài)圍巖的物理力學參數(shù)為先導,而后進行自重應力場與溫度應力場雙場耦合的數(shù)值模擬分析的技術路線,利用大型有限元程序ANSYS實現(xiàn)了這種計算方法,并通過模型試驗對其進行了驗證.根據(jù)凍脹力彈性力學計算方法,對不同凍結圈