寒区、严寒区隧道的冻胀是影响隧道全周期寿命的重要问题。围绕某中高纬度的严寒区客运专线建设需要，研究了隧道浅埋洞口围岩冻融圈岩土体不同冻胀率下的衬砌结构力学响应，提出了临界冻胀率条件，即（1）衬砌结构最大拉应力超过材料抗拉强度标准值；（2）衬砌结构发生超过规定的位移值。对于该工程浅埋洞口岩质围岩和土质围岩，判定临界冻胀率分别为2.00%和3.10%，并采取注浆封闭冻融圈输水通道、设置排水盲管、隧道结构铺设保温板等技术措施，保证了洞口运维期的安全。
寒区、严寒区隧道的冻胀是影响隧道全周期寿命的重要问题。围绕某中高纬度的严寒区客运专线建设需要，研究了隧道浅埋洞口围岩冻融圈岩土体不同冻胀率下的衬砌结构力学响应，提出了临界冻胀率条件，即（1）衬砌结构最大拉应力超过材料抗拉强度标准值；（2）衬砌结构发生超过规定的位移值。对于该工程浅埋洞口岩质围岩和土质围岩，判定临界冻胀率分别为2.00%和3.10%，并采取注浆封闭冻融圈输水通道、设置排水盲管、隧道结构铺设保温板等技术措施，保证了洞口运维期的安全。
寒区、严寒区隧道的冻胀是影响隧道全周期寿命的重要问题。围绕某中高纬度的严寒区客运专线建设需要，研究了隧道浅埋洞口围岩冻融圈岩土体不同冻胀率下的衬砌结构力学响应，提出了临界冻胀率条件，即（1）衬砌结构最大拉应力超过材料抗拉强度标准值；（2）衬砌结构发生超过规定的位移值。对于该工程浅埋洞口岩质围岩和土质围岩，判定临界冻胀率分别为2.00%和3.10%，并采取注浆封闭冻融圈输水通道、设置排水盲管、隧道结构铺设保温板等技术措施，保证了洞口运维期的安全。
为充分利用监测信息,获取围岩冻胀状态,对隧道进行冻胀安全评价,提出基于贝叶斯网络的寒区隧道冻胀信息更新和安全评价方法。该方法通过融合衬砌水平倾角变化量监测信息获取隧道冻胀状态并进行安全评价,首先根据整体冻融圈理论建立冻胀计算有限元模型,并采用截面承载力安全系数K进行安全评价;然后采用Morris敏感性分析方法对模型参数进行敏感性分析,基于筛选后的参数建立贝叶斯网络模型;最后融合监测数据获取更新后的冻胀信息并进行安全评价。研究结果表明,围岩冻胀率和冻结深度为模型的关键参数,融合监测信息后,围岩冻胀率均值由0.8%更新为0.88%;冻结深度均值由2.5 m更新为4.3m;安全系数K均值由12更新为4.9。
为充分利用监测信息,获取围岩冻胀状态,对隧道进行冻胀安全评价,提出基于贝叶斯网络的寒区隧道冻胀信息更新和安全评价方法。该方法通过融合衬砌水平倾角变化量监测信息获取隧道冻胀状态并进行安全评价,首先根据整体冻融圈理论建立冻胀计算有限元模型,并采用截面承载力安全系数K进行安全评价;然后采用Morris敏感性分析方法对模型参数进行敏感性分析,基于筛选后的参数建立贝叶斯网络模型;最后融合监测数据获取更新后的冻胀信息并进行安全评价。研究结果表明,围岩冻胀率和冻结深度为模型的关键参数,融合监测信息后,围岩冻胀率均值由0.8%更新为0.88%;冻结深度均值由2.5 m更新为4.3m;安全系数K均值由12更新为4.9。
为充分利用监测信息,获取围岩冻胀状态,对隧道进行冻胀安全评价,提出基于贝叶斯网络的寒区隧道冻胀信息更新和安全评价方法。该方法通过融合衬砌水平倾角变化量监测信息获取隧道冻胀状态并进行安全评价,首先根据整体冻融圈理论建立冻胀计算有限元模型,并采用截面承载力安全系数K进行安全评价;然后采用Morris敏感性分析方法对模型参数进行敏感性分析,基于筛选后的参数建立贝叶斯网络模型;最后融合监测数据获取更新后的冻胀信息并进行安全评价。研究结果表明,围岩冻胀率和冻结深度为模型的关键参数,融合监测信息后,围岩冻胀率均值由0.8%更新为0.88%;冻结深度均值由2.5 m更新为4.3m;安全系数K均值由12更新为4.9。
为解决寒区隧道全寿命周期内冻害问题,考虑寒区隧道全寿命周期围岩冻结和冻胀敏感性,通过数值分析和理论计算研究寒区隧道围岩冻结的发展规律和冻胀力荷载分布特征,并提出基于冻胀力荷载分级的寒区隧道全寿命周期分段抗冻设计方法。研究表明:1)全寿命周期内寒区隧道围岩的冻结深度在运行初期迅速增大,然后逐渐保持稳定,围岩冻结深度的发展速度主要与年平均气温和年气温振幅相关; 2)寒区隧道冻胀力荷载随冻结深度的增大而增大,全寿命周期的最大冻胀力荷载沿纵向呈现出显著的非均匀分布特点; 3)采用基于全寿命周期冻胀力荷载分级的分段抗冻设计可避免寒区隧道全寿命周期的冻害风险,同时提高抗冻支护的经济效益。
为解决寒区隧道全寿命周期内冻害问题,考虑寒区隧道全寿命周期围岩冻结和冻胀敏感性,通过数值分析和理论计算研究寒区隧道围岩冻结的发展规律和冻胀力荷载分布特征,并提出基于冻胀力荷载分级的寒区隧道全寿命周期分段抗冻设计方法。研究表明:1)全寿命周期内寒区隧道围岩的冻结深度在运行初期迅速增大,然后逐渐保持稳定,围岩冻结深度的发展速度主要与年平均气温和年气温振幅相关; 2)寒区隧道冻胀力荷载随冻结深度的增大而增大,全寿命周期的最大冻胀力荷载沿纵向呈现出显著的非均匀分布特点; 3)采用基于全寿命周期冻胀力荷载分级的分段抗冻设计可避免寒区隧道全寿命周期的冻害风险,同时提高抗冻支护的经济效益。
为解决寒区隧道全寿命周期内冻害问题,考虑寒区隧道全寿命周期围岩冻结和冻胀敏感性,通过数值分析和理论计算研究寒区隧道围岩冻结的发展规律和冻胀力荷载分布特征,并提出基于冻胀力荷载分级的寒区隧道全寿命周期分段抗冻设计方法。研究表明:1)全寿命周期内寒区隧道围岩的冻结深度在运行初期迅速增大,然后逐渐保持稳定,围岩冻结深度的发展速度主要与年平均气温和年气温振幅相关; 2)寒区隧道冻胀力荷载随冻结深度的增大而增大,全寿命周期的最大冻胀力荷载沿纵向呈现出显著的非均匀分布特点; 3)采用基于全寿命周期冻胀力荷载分级的分段抗冻设计可避免寒区隧道全寿命周期的冻害风险,同时提高抗冻支护的经济效益。
季冻区隧道在非等压应力作用下，由于冷空气的严重影响从而极易引发隧道冻害，为此进行的抗冻设计关键在于隧道运行中的冻胀力和应力分布评估。现有试验表明，寒区隧道存在明显的径向温度场所形成的围岩体积冻胀率梯度。本文考虑围岩冻融循环劣化引起的弹性模量和冻胀率的改变，依据围岩的不均匀冻胀特性，引入隧道温度场所形成的冻胀率径向梯度。采用复变函数映射双向非等压应力边界条件，进而提出一种季冻区非等压隧道的双重不均匀冻胀解析方法。将本文模型暂时退化后，得到了工程实例和现有理论的有效验证。参数分析表明：引入冻胀率梯度使得季冻区隧道的应力明显减小，且非等压应力作用下隧道在不同方位角的应力变化速率存在差异。随围岩不均匀冻胀特性的增强，引入冻胀率梯度所导致的隧道应力降低逐渐显著。随侧压力的增大，隧道的径向应力和环向应力提高，而隧道应力的峰值和变化速率在不同方位角的差异逐渐减小，且对隧道冻胀力的影响较小。冻融循环下，隧道在不同方位角的应力分布差异和应力变化速率大致相同，但引起的围岩劣化会导致隧道应力的增大，且隧道应力的增长幅度随冻融循环次数的增加而明显。研究成果可为季冻区非等压隧道的应力评估和抗冻设计提供理论指导。