为准确预测并有效控制高寒高海拔地区洞室围岩的稳定性，针对不同冻融循环作用下砂岩进行分级卸荷蠕变试验，揭示砂岩衰减、稳态和加速蠕变3阶段特征；通过引入非线性粘滞元件对牛顿黏性系数进行修正，将冻融循环与三轴卸荷蠕变行为相结合，提出能够表征蠕变全过程的非线性黏弹塑性本构模型，并基于ABAQUS用户自定义材料接口完成模型二次开发。研究结果表明：该模型较传统西原模型显著提高蠕变行为拟合精度。研究结果可为高寒高海拔地区洞室围岩卸荷蠕变预测与稳定性控制提供理论支撑。
针对隧道水平冻结法施工的特点,综合考虑地层温度、地表对流等各类初始和边界条件及土体的相变潜热过程,建立隧道水平冻结温度场的数学模型。定义土体的冻胀率为瞬时体应变,考虑冻土的正交各向异性冻胀变形特征,即冻胀变形主要发生在沿热流方向(温度梯度方向),引入变形特征系数的概念,从而导出土体温度降至冻结温度后而产生的瞬时热应变分量(冻胀应变分量),并建立地层冻胀的弹塑性热力耦合数学模型。基于ABAQUS有限元软件的二次开发技术,编制冻土正交各向异性冻胀变形的用户子程序,从而提出隧道水平冻结期地层位移的热力耦合数值分析方法。将该方法应用于某浅埋大断面地铁隧道水平冻结工程中,获得地层冻结温度场和冻胀位移场的分布规律,并与现场实测结果相比较,验证数值分析方法的可靠性,同时表明地层位移分析中考虑冻土正交各向异性冻胀变形特征的必要性。
