隧道凍害機(jī)理及凍脹力計算方法的研究.pdf

1、國內(nèi)外大量鐵路、公路隧道建設(shè)和運(yùn)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(jié)構(gòu)及運(yùn)營行車的安全,造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失.然而,隨著中國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的蓬勃發(fā)展及西部大開發(fā)政策的進(jìn)一步落實,對于交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)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(shè)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(jī)理及相關(guān)防治技術(shù)的研究具有重大的工程實際意義和廣闊的應(yīng)用前景.在對大量凍土隧道凍害現(xiàn)象及其形成機(jī)理進(jìn)行研究的基礎(chǔ)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(guān)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(yīng)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(fù)雜性和數(shù)學(xué)力學(xué)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(xué)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(xué)及有限元理論提出了凍土隧道凍脹力半理論半經(jīng)驗的計算方法,即以地溫測試確定凍結(jié)圈范圍、以原樣力學(xué)測試確定凍結(jié)與非凍結(jié)狀態(tài)圍巖的物理力學(xué)參數(shù)為先導(dǎo),而后進(jìn)行自重應(yīng)力場與溫度應(yīng)力場雙場耦合的數(shù)值模擬分析的技術(shù)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(jìn)行了驗證.根據(jù)凍脹力彈性力學(xué)計算方法,對不同凍結(jié)圈