寒区隧道支护设计理论研究初探

随着我国经济建设的发展及西部大开发政策的落实，交通基础设施建设特别是路网完善的需求在不断增加，大量寒区隧道的修建是不可避免的。如何在寒区隧道的建设中采取行之有效的措施，避免或减轻冻害的发生是急需解决的问题。 冻胀力是寒区隧道冻害发生的主要原因，在寒区隧道的研究中，最关键的问题是研究冻胀力的发生、发展以及怎样预防或消减冻胀力使其对工程的影响达到最低限度。 本文推导了寒区隧道围岩冻胀力的理论计算公式，分析了衬砌支护冻胀破坏机理；根据冻胀力弹性力学计算方法，对不同冻结圈厚度、不同冻胀率情况下的隧道冻胀力进行计算和分析，得出不同情况下的冻胀力——变形特征曲线和冻胀力变化规律；根据冻胀力弹塑性力学计算方法，利用有限元计算软件建立了平面应变问题的有限元模型，实现了不同外界温度条件下冻胀力大小的有限元计算，并找出隧道内冻胀力的分布规律和最大冻胀力的发生位置；建立了寒区隧道空气与围岩对流换热和围岩热传导耦合的数学模型，并进行了有限元分析；通过大量的工程实例的分析，设计并提出防止冻融破坏的基本思路和有效的方法。