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...
随着“西部大开发”振兴东北“交通强国”等国家战略的部署与实施，我国规划、建设了大量寒区隧道。在反复冻融、冻胀力作用下，许多寒区隧道衬砌结构出现开裂、变形、挂冰等冻害现象，严重制约着隧道工程建设和影响运维安全，冻害问题是至今仍是亟需攻克的难题。本文评述了寒区隧道冻害相关研究的发展历程、主要研究进展和现状，总结了寒区隧道冻害类型与冻害防治的关键技术，并对未来研究的重点和方向进行了展望。
随着“西部大开发”振兴东北“交通强国”等国家战略的部署与实施，我国规划、建设了大量寒区隧道。在反复冻融、冻胀力作用下，许多寒区隧道衬砌结构出现开裂、变形、挂冰等冻害现象，严重制约着隧道工程建设和影响运维安全，冻害问题是至今仍是亟需攻克的难题。本文评述了寒区隧道冻害相关研究的发展历程、主要研究进展和现状，总结了寒区隧道冻害类型与冻害防治的关键技术，并对未来研究的重点和方向进行了展望。
随着“西部大开发”振兴东北“交通强国”等国家战略的部署与实施，我国规划、建设了大量寒区隧道。在反复冻融、冻胀力作用下，许多寒区隧道衬砌结构出现开裂、变形、挂冰等冻害现象，严重制约着隧道工程建设和影响运维安全，冻害问题是至今仍是亟需攻克的难题。本文评述了寒区隧道冻害相关研究的发展历程、主要研究进展和现状，总结了寒区隧道冻害类型与冻害防治的关键技术，并对未来研究的重点和方向进行了展望。
随着“西部大开发”振兴东北“交通强国”等国家战略的部署与实施，我国规划、建设了大量寒区隧道。在反复冻融、冻胀力作用下，许多寒区隧道衬砌结构出现开裂、变形、挂冰等冻害现象，严重制约着隧道工程建设和影响运维安全，冻害问题是至今仍是亟需攻克的难题。本文评述了寒区隧道冻害相关研究的发展历程、主要研究进展和现状，总结了寒区隧道冻害类型与冻害防治的关键技术，并对未来研究的重点和方向进行了展望。
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。
围岩保温是防治寒区隧道工程冻害发生的关键，主动保持围岩热平衡，对于寒区隧道冻害防控具有重要意义。提出相变蓄能主动式冻害防控新思路，基于相变载体构建寒区隧道围岩控温体系，建立载冷蓄热型相变材料(phase change materials PCMs),相场模型，推导相变载体固液相变的数学方程和PCMs最佳相变温度计算公式。按照相变潜热最大、相变持续时间最久的原则，研制适用于寒区隧道工程的PCMs材料，并开展载冷蓄热PCMs在冻融环境下热物性、耐久性和控温性测试，试验结果表明：(1)所研制的以正癸酸与正癸醇为组分的载冷蓄热型PCMs质量配比为55.39:107.38，相变潜热为231.17 J/g，在低温相变材料中蓄热性能较高。(2)开展载冷蓄热PCMs的温度巡检和差式扫描量热试验，其在冻融过程放热曲线和吸热曲线均为单峰型，表明在冻融环境中能形成良好共晶，蓄热性质稳定；且蓄热和放热持续时间长，具有明显的削峰和填谷效应，可以较好地延缓和降低寒区工程在低温环境中因冻胀和融化所产生的损伤。(3)所研制的PCMs经历300次相变循环后，官能团波数与透射率间的变化曲线和DSC曲线基本一致，相变温度最...