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...

为了科学地预测、控制、避免衬砌崩落灾害的发生，研究隧道衬砌结构崩落特征及主要诱发因素，找出衬砌崩落的潜在规律和关键性诱因，对35座衬砌崩落隧道案例信息进行归纳整理，统计分析了衬砌崩落时间、空间位置、地层岩性、二次衬砌材料的特征及规律。根据诱因数量，诱因类别以及每种诱因类别中各个诱因的占比情况，归纳总结了隧道衬砌崩落的主要诱发因素，分析了隧道衬砌崩落诱发因素的特征。结果表明：50%的衬砌崩落发生在隧道建成后10 a内，90%的衬砌崩落发生在隧道建成后40 a内；衬砌崩落主要发生在雨季和低温期，拱顶是预防衬砌崩落发生的主要位置；衬砌崩落多发生在围岩较为软岩的地层中，以及地下水丰富的硬岩地层；二次衬砌材料为素混凝土的隧道更容易发生衬砌崩落灾害；衬砌崩落诱发因素分为结构因素类和外部环境类2类，结构因素类诱因包括混凝土材料耐久性、质量缺陷和结构病害，外部环境类诱因包括围岩冻胀、围岩膨胀、高地应力、衬砌背后水压、滑塌、溶洞落石、地震和列车振动；衬砌崩落灾害主要是单一诱发因素引起，单一诱发因素中外部环境是主要诱因类别；结构因素中质量缺陷占比最大，其次是结构病害；外部环境因素中衬砌背后水压、围岩膨胀和...

研究目的:某高原铁路起于四川盆地成都平原,东西横穿横断山脉至青藏高原拉萨平原,该高原铁路平均海拔3 000 m以上。针对高原铁路高海拔寒区隧道恶劣环境特点,本文以该高原铁路典型隧道为依托,采用考虑围岩级别、岩性、地下水补给条件、冻融劣化规律等因素的围岩冻胀性分级量化标准和分级方法,以及考虑围岩不均匀冻胀对隧道衬砌作用的冻胀力计算方法等手段,进行隧道围岩冻胀性评价、冻胀力计算和衬砌结构安全性分析等研究。研究结论:(1)评估得到了高原铁路雅林线上典型隧道最不利情况下洞口段围岩的冻胀性,结果显示隧道进出口进深在1.25 km范围内的围岩均有冻胀性,而进深超过1.25 km后围岩无冻胀性;(2)计算得到了高原铁路雅林线上典型隧道最不利情况下围岩的冻胀力,结果表明隧道最大的冻胀力为1.40 MPa,最小的冻胀力为0.12 MPa;(3)计算了高原铁路雅林线上典型隧道最不利截面处的二次衬砌安全系数:Ⅴ级围岩最危险工况的安全系数为2.02、Ⅳ级围岩最危险工况的安全系数为2.58,均大于《铁路隧道设计规范》要求的安全系数1.7,可以认为该结构在考虑冻胀力的情况下,其抗冻安全性满足要求;(4)本次研究成...

为解决河套灌区渠道混凝土衬砌冻胀破坏问题,该研究提出由聚氨酯和聚苯乙烯2种材料组成的复合衬砌结构,建立渠道基土水热力耦合数值模型,通过现场试验和数值模拟方法分析不同衬砌结构下基土地温、含水率、冻胀量及等效应力变化。结果表明:与无保温衬砌结构相比,阴坡聚苯乙烯复合衬砌结构和聚氨酯复合衬砌结构下基土最低地温分别提高67.1%和64.7%,最大迁移含水率分别减少8%和9%,最大冻胀量分别减少80%和81%,基土内等效应力明显减小。这2种复合衬砌结构具有保温效果好、冻胀变形小等优点,可作为寒区渠道保温防冻胀衬砌结构的选择。同时数值模型计算结果与试验值基本吻合,说明此数值模型可合理地描述渠道基土冻结过程中地温和冻胀量变化。研究可为寒区渠道防冻胀衬砌结构设计提供理论依据和参考。

从寒冷地区渠道冻胀破坏的原因及地下水对渠道冻胀的影响,总结出渠道冻胀破坏的各种特征,最后提出了渠道防渗工程在地下水位高时冻胀破坏的防治措施。并根据实际工程阿克苏东城区水系工程渠道衬砌结构进行分析,为后续设计人员在遇到寒冷地区景观水系渠道并且地下水位较高时,提供如何考虑寒冷地区景观水系渠道防渗及排水型式、消减冻胀破坏、延长工程使用寿命、提高工程投资效益的思路。

文章介绍了混凝土铰接块、雷诺护垫与预制混凝土板结合保温板三种衬砌防冻结构与其施工工序。通过现场试验采集监测点的冻胀融沉变形,并且对比分析了三种衬砌防冻结构土体的残余变形与冻胀恢复率,为解决季冻区河渠防护工程的冻害问题,提供了技术方案与理论依据。

季节性冻土地区的渠道冻胀破坏非常严重。"冻土-衬砌结构"作用机制属于复杂的高度非线性问题,这使得数值计算在渠道结构设计和优化方面应用缓慢。本文提出了一种简化算法,该算法采用"初始位移法"模拟法向冻胀力,并通过定义摩尔库伦摩擦单元模拟冻土与结构之间的冻结摩擦作用。随后建立了渠道结构优化数学模型,基于APDL语言的二次开发建立了渠道有限元参数化模型,选取实际工程采用一阶算法进行了结构优化。研究结果表明:该方法简单实用,其计算结果与渠道实际破坏特征相符,可以用于渠道抗冻胀结构计算与设计;在最不利气象和水文地质条件下,结构优化后的断面可以保证渠道不产生裂缝,运行更安全;与传统的按照规范设计的断面对比,可降低6.7%的工程造价,对于整个灌区效益明显。

我国多年冻土和冬季冻土面积占国土面积的75%,其中冻结深度大于0.5m的地区约占全国总面积的一半。北方季节冻土区大多干旱缺水,修建跨流域调水工程是必然选择。我国已建和在建的跨流域调水工程绝大多数采用明渠输水方式,输水渠道是跨流域调水工程的重要组成部分,合理选择渠道衬砌型式,确保输水明渠边坡稳定,既是工程建设期决定投资的重要因素,更是制约工程建成后运行安全、工程维修养护费用的关键因素。首次将渠基划分为主冻胀区和副冻胀区,从季节冻土区明渠衬砌的工程实践方面探讨了构建季节冻土区柔性护坡的衬砌体系。