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寒区软岩隧道冻害机理及设计计算分析

汪阳  
【摘要】: 冻害是寒区隧道常见的工程病害,冻胀力是寒区隧道冻害发生的主要原因。因此,研究冻胀力的发生、发展以及预防或消减是寒区隧道工程的关键问题,也是西部寒区工程的热点和难点问题之一。 (1)对寒区隧道冻害问题的假说进行了归纳总结,对其各自的适用范围和局限性进行了分析。 (2)介绍了软岩特殊的物理力学性质,对软岩热传导控制微分方程和有限差分格式行了推导;对寒区隧道围岩塑性区的应力和边界进行了分析。 (3)介绍了软岩的热物理指标,对寒区软岩弹性力学计算公式进行了推导;对粘弹性情况下的冻胀力进行了分析;对弹塑性力学下的冻胀力进行了有限元分析。通过分析得到:①冻胀力随洞内通风温度(外界温度)的降低而增大。②冻胀力随衬砌刚度分配的原则。③冻胀力的分布规律。冻胀力大都分配于隧道的侧壁上,最大冻胀力形成于靠近侧壁的中心部位。并给出了算例分析。 (4)根据流体力学、冻土学和传热学基本理论,提出了寒区隧道空气与围岩对流换热和围岩热传导耦合问题的三维数学模型,并用迦辽金法对有限元计算公式进行了推导,并进行了算例分析。 (5)冻胀力和动融循环是寒区隧道产生的根本原因,因此,在寒区隧道的设计计算中考虑冻胀力有着较强的现实意义,通过建立寒区软岩支护设计模型,考虑冻胀力对寒区软岩进行设计计算,并进行了算例分析。


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