综合考虑中间主应力、横观各向同性冻胀和围岩位移释放的影响,基于冻融圈整体冻胀模型建立了寒区隧道冻胀力的弹性解、塑性统一解以及塑性区半径的隐式计算方程,给出冻结围岩弹-塑性状态的判定方法,对所得结果进行可比性分析和对比验证,并探究各因素对冻胀力和塑性区半径的影响特性,借助支护施作时机量化了围岩位移释放的距离描述。研究表明:解答具有很好的可比性且被文献模型试验所验证;统一强度理论作为屈服准则可充分发挥冻结围岩的承载潜能,所得冻胀力和塑性区半径明显减小;不均匀冻胀系数和体积冻胀率对冻胀力和塑性区半径的影响显著,应考虑围岩横观各向同性冻胀特性并采取有效的防排水和保温抗冻措施;位移释放系数较小时冻胀力偏大、位移释放系数为1时塑性区半径最大,恰当的支护施作时机有利于隧道施工及运营安全。所得结果可为寒区隧道设计提供一定的理论指导。

综合考虑中间主应力、横观各向同性冻胀和围岩位移释放的影响,基于冻融圈整体冻胀模型建立了寒区隧道冻胀力的弹性解、塑性统一解以及塑性区半径的隐式计算方程,给出冻结围岩弹-塑性状态的判定方法,对所得结果进行可比性分析和对比验证,并探究各因素对冻胀力和塑性区半径的影响特性,借助支护施作时机量化了围岩位移释放的距离描述。研究表明:解答具有很好的可比性且被文献模型试验所验证;统一强度理论作为屈服准则可充分发挥冻结围岩的承载潜能,所得冻胀力和塑性区半径明显减小;不均匀冻胀系数和体积冻胀率对冻胀力和塑性区半径的影响显著,应考虑围岩横观各向同性冻胀特性并采取有效的防排水和保温抗冻措施;位移释放系数较小时冻胀力偏大、位移释放系数为1时塑性区半径最大,恰当的支护施作时机有利于隧道施工及运营安全。所得结果可为寒区隧道设计提供一定的理论指导。

综合考虑中间主应力、横观各向同性冻胀和围岩位移释放的影响,基于冻融圈整体冻胀模型建立了寒区隧道冻胀力的弹性解、塑性统一解以及塑性区半径的隐式计算方程,给出冻结围岩弹-塑性状态的判定方法,对所得结果进行可比性分析和对比验证,并探究各因素对冻胀力和塑性区半径的影响特性,借助支护施作时机量化了围岩位移释放的距离描述。研究表明:解答具有很好的可比性且被文献模型试验所验证;统一强度理论作为屈服准则可充分发挥冻结围岩的承载潜能,所得冻胀力和塑性区半径明显减小;不均匀冻胀系数和体积冻胀率对冻胀力和塑性区半径的影响显著,应考虑围岩横观各向同性冻胀特性并采取有效的防排水和保温抗冻措施;位移释放系数较小时冻胀力偏大、位移释放系数为1时塑性区半径最大,恰当的支护施作时机有利于隧道施工及运营安全。所得结果可为寒区隧道设计提供一定的理论指导。

以统一强度理论作为寒区隧道冻结围岩塑性状态的判定依据,考虑中间主应力效应和横观各向同性冻胀对围岩强度的综合影响,建立了寒区隧道应力与位移的塑性统一解析解,给出冻结围岩塑性状态的判定方法,并对所得解答进行讨论、验证和参数分析。研究表明:统一解的正确性被有关文献的Mohr–Coulomb准则解答和外接圆Drucker–Prager准则解答所验证,具有广泛的理论意义和良好的工程应用前景;中间主应力对冻结围岩位移的影响显著,应考虑中间主应力效应以充分发挥寒区隧道的承载潜能;围岩不均匀冻胀系数和体积冻胀率的增加均导致冻胀力增大,使得寒区隧道稳定性降低,应采取有效保温措施予以缓解围岩冻胀效应。该结果可为寒区隧道设计提供一定的理论指导。