针对寒区隧道衬背脱空积水冻胀可能严重危害行车安全的问题，开展了考虑排泄条件的隧道衬背脱空积水冻结模拟试验，在试验中引入了地下水补给/排泄通道，明确了2类脱空积水冻胀机制；使用数值模拟软件ANSYS建立了衬背脱空积水冻胀数值模型，揭示了脱空处冻胀力对衬砌结构承载特性的影响；通过在虎峰岭隧道进行温度监测，得到了纵向温度分布，建立了衬背脱空底部温度求解模型，分析了衬砌表面温度与脱空底部温度的对应关系，并提出了衬背脱空积水冻胀高发段落预测方法。研究结果表明：水的补给/排泄通道不冻结的脱空处不会产生冻胀力，通道先冻结的脱空处会产生较大冻胀力，当冻胀力大于围岩压力时，冻胀力会沿初期支护与二次衬砌的接触面释放，向压力较小的地方消散；无冻胀力时隧道衬砌结构拱顶脱空中线部位的沉降最小，冻胀力对脱空部位的沉降有显著影响；在隧道横断面上，距脱空中线部位越远，冻胀力引起的位移越小，在隧道纵向上则无明显差异；随着脱空内冻胀力的增加，隧道衬砌结构会出现相对隆起以及与衬砌结构整体受力这2种受力状态，脱空部位混凝土则由全截面受压逐渐变为局部受拉；当脱空底部日周期温度波动幅度在1℃以上，且以脱空底部温度-5 ℃作为脱空...

为研究季节性冻土区扩底桩锚固特性,采用决定系数对水-热-力耦合模型的合理性进行评价,对比分析单向冻结条件下扩底桩和直桩的冻拔变形、切向冻胀力、锚固力和锚固因子.结果表明,模型计算得到的冻拔量及冻结深度规律与试验数据基本一致,验证了模型的正确性和可靠性.冻结过程中,扩大头所产生的最大锚固力较直桩相同部位所产生的最大摩阻力提升140%.为衡量扩底桩锚固性能,将扩大头的锚固力与切向冻胀力的比值定义为抗冻拔锚固因子,扩底桩锚固因子随冻结深度的变化规律近似于指数分布,直桩锚固因子呈线性变化.

为研究季节性冻土区扩底桩锚固特性,采用决定系数对水-热-力耦合模型的合理性进行评价,对比分析单向冻结条件下扩底桩和直桩的冻拔变形、切向冻胀力、锚固力和锚固因子.结果表明,模型计算得到的冻拔量及冻结深度规律与试验数据基本一致,验证了模型的正确性和可靠性.冻结过程中,扩大头所产生的最大锚固力较直桩相同部位所产生的最大摩阻力提升140%.为衡量扩底桩锚固性能,将扩大头的锚固力与切向冻胀力的比值定义为抗冻拔锚固因子,扩底桩锚固因子随冻结深度的变化规律近似于指数分布,直桩锚固因子呈线性变化.

寒区隧道衬砌背后空洞中的积水在低温条件下冻结会产生局部冻胀力。假设隧道衬砌背后空洞为半椭圆形空间，将冻胀过程中围岩-冰体-衬砌间的相互作用简化为串联弹簧，推导半椭圆形积水空间局部冻胀力解析解，建立三维数值模型验证了该解析解的有效性。进一步研究局部积水冻胀力和围岩级别、衬砌刚度、积水深度、冻胀率的关系，分析冻胀位置对衬砌结构力学特征的影响。结果表明：寒区隧道局部积水冻胀力与围岩级别负相关，与衬砌刚性、积水深度、冻胀率均正相关。各因素对冻胀力的影响程度为：积水深度>衬砌刚度>围岩级别>冻胀率。积水冻胀对衬砌结构的影响主要发生在冰体和衬砌接触区域，导致隧道向内侧收敛变形。当积水空间位于仰拱处时衬砌主应力最大，位于拱脚处时衬砌主应力最小。在局部冻胀作用下衬砌结构弯矩和轴力出现突变，表现为临空侧受拉区衬砌的弯矩增大、轴力减小，围岩侧受拉区衬砌的弯矩减小，轴力减小。衬砌不同部位的刚度差异导致冻胀力对结构安全产生不同的影响。冻胀位置对结构安全影响程度为：拱顶>仰拱>拱肩>拱脚>墙脚。

寒区隧道衬砌背后空洞中的积水在低温条件下冻结会产生局部冻胀力。假设隧道衬砌背后空洞为半椭圆形空间，将冻胀过程中围岩-冰体-衬砌间的相互作用简化为串联弹簧，推导半椭圆形积水空间局部冻胀力解析解，建立三维数值模型验证了该解析解的有效性。进一步研究局部积水冻胀力和围岩级别、衬砌刚度、积水深度、冻胀率的关系，分析冻胀位置对衬砌结构力学特征的影响。结果表明：寒区隧道局部积水冻胀力与围岩级别负相关，与衬砌刚性、积水深度、冻胀率均正相关。各因素对冻胀力的影响程度为：积水深度>衬砌刚度>围岩级别>冻胀率。积水冻胀对衬砌结构的影响主要发生在冰体和衬砌接触区域，导致隧道向内侧收敛变形。当积水空间位于仰拱处时衬砌主应力最大，位于拱脚处时衬砌主应力最小。在局部冻胀作用下衬砌结构弯矩和轴力出现突变，表现为临空侧受拉区衬砌的弯矩增大、轴力减小，围岩侧受拉区衬砌的弯矩减小，轴力减小。衬砌不同部位的刚度差异导致冻胀力对结构安全产生不同的影响。冻胀位置对结构安全影响程度为：拱顶>仰拱>拱肩>拱脚>墙脚。

寒区隧道衬砌背后空洞中的积水在低温条件下冻结会产生局部冻胀力。假设隧道衬砌背后空洞为半椭圆形空间，将冻胀过程中围岩-冰体-衬砌间的相互作用简化为串联弹簧，推导半椭圆形积水空间局部冻胀力解析解，建立三维数值模型验证了该解析解的有效性。进一步研究局部积水冻胀力和围岩级别、衬砌刚度、积水深度、冻胀率的关系，分析冻胀位置对衬砌结构力学特征的影响。结果表明：寒区隧道局部积水冻胀力与围岩级别负相关，与衬砌刚性、积水深度、冻胀率均正相关。各因素对冻胀力的影响程度为：积水深度>衬砌刚度>围岩级别>冻胀率。积水冻胀对衬砌结构的影响主要发生在冰体和衬砌接触区域，导致隧道向内侧收敛变形。当积水空间位于仰拱处时衬砌主应力最大，位于拱脚处时衬砌主应力最小。在局部冻胀作用下衬砌结构弯矩和轴力出现突变，表现为临空侧受拉区衬砌的弯矩增大、轴力减小，围岩侧受拉区衬砌的弯矩减小，轴力减小。衬砌不同部位的刚度差异导致冻胀力对结构安全产生不同的影响。冻胀位置对结构安全影响程度为：拱顶>仰拱>拱肩>拱脚>墙脚。

寒区隧道衬砌背后空洞中的积水在低温条件下冻结会产生局部冻胀力。假设隧道衬砌背后空洞为半椭圆形空间，将冻胀过程中围岩-冰体-衬砌间的相互作用简化为串联弹簧，推导半椭圆形积水空间局部冻胀力解析解，建立三维数值模型验证了该解析解的有效性。进一步研究局部积水冻胀力和围岩级别、衬砌刚度、积水深度、冻胀率的关系，分析冻胀位置对衬砌结构力学特征的影响。结果表明：寒区隧道局部积水冻胀力与围岩级别负相关，与衬砌刚性、积水深度、冻胀率均正相关。各因素对冻胀力的影响程度为：积水深度>衬砌刚度>围岩级别>冻胀率。积水冻胀对衬砌结构的影响主要发生在冰体和衬砌接触区域，导致隧道向内侧收敛变形。当积水空间位于仰拱处时衬砌主应力最大，位于拱脚处时衬砌主应力最小。在局部冻胀作用下衬砌结构弯矩和轴力出现突变，表现为临空侧受拉区衬砌的弯矩增大、轴力减小，围岩侧受拉区衬砌的弯矩减小，轴力减小。衬砌不同部位的刚度差异导致冻胀力对结构安全产生不同的影响。冻胀位置对结构安全影响程度为：拱顶>仰拱>拱肩>拱脚>墙脚。

土壤的冻胀过程是非线性的，同时衬砌结构的受力变形也是非线性的。在冻胀力作用下，渠道的结构会发生非线性变形，包括弯曲、剪切和扭转等，在寒冷地区的渠道中尤为突出。因此，需要准确地模拟和分析冻胀过程。在此背景下，进行弹性地基双层梁理论下寒冷地区衬砌渠道冻胀力学模型研究。该研究对问题进行了合理简化和抽象，以便更好地建立数学模型，设置了基本假设。采用弹性地基双层梁理论的思路，可以将衬砌渠道简化为一个弹性双层梁结构并建立3个力学方程，即挠度方程、弯矩方程、剪力方程，以描述双层梁结构的变形。在边界条件下，利用有限元分析求解方程，根据求解结果完成寒冷地区衬砌渠道冻胀力学分析。实验结果表明：U型衬砌渠道的冻胀破坏多发生在两侧，且随着冻胀量的增加，衬砌渠道的挠度、弯矩逐渐增加，剪力逐渐下降，但当冻胀量增加到一定程度时，挠度、弯矩和剪力急剧下降。

土壤的冻胀过程是非线性的，同时衬砌结构的受力变形也是非线性的。在冻胀力作用下，渠道的结构会发生非线性变形，包括弯曲、剪切和扭转等，在寒冷地区的渠道中尤为突出。因此，需要准确地模拟和分析冻胀过程。在此背景下，进行弹性地基双层梁理论下寒冷地区衬砌渠道冻胀力学模型研究。该研究对问题进行了合理简化和抽象，以便更好地建立数学模型，设置了基本假设。采用弹性地基双层梁理论的思路，可以将衬砌渠道简化为一个弹性双层梁结构并建立3个力学方程，即挠度方程、弯矩方程、剪力方程，以描述双层梁结构的变形。在边界条件下，利用有限元分析求解方程，根据求解结果完成寒冷地区衬砌渠道冻胀力学分析。实验结果表明：U型衬砌渠道的冻胀破坏多发生在两侧，且随着冻胀量的增加，衬砌渠道的挠度、弯矩逐渐增加，剪力逐渐下降，但当冻胀量增加到一定程度时，挠度、弯矩和剪力急剧下降。

土壤的冻胀过程是非线性的，同时衬砌结构的受力变形也是非线性的。在冻胀力作用下，渠道的结构会发生非线性变形，包括弯曲、剪切和扭转等，在寒冷地区的渠道中尤为突出。因此，需要准确地模拟和分析冻胀过程。在此背景下，进行弹性地基双层梁理论下寒冷地区衬砌渠道冻胀力学模型研究。该研究对问题进行了合理简化和抽象，以便更好地建立数学模型，设置了基本假设。采用弹性地基双层梁理论的思路，可以将衬砌渠道简化为一个弹性双层梁结构并建立3个力学方程，即挠度方程、弯矩方程、剪力方程，以描述双层梁结构的变形。在边界条件下，利用有限元分析求解方程，根据求解结果完成寒冷地区衬砌渠道冻胀力学分析。实验结果表明：U型衬砌渠道的冻胀破坏多发生在两侧，且随着冻胀量的增加，衬砌渠道的挠度、弯矩逐渐增加，剪力逐渐下降，但当冻胀量增加到一定程度时，挠度、弯矩和剪力急剧下降。