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...
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...
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。
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。
针对冻融循环作用下高纬度寒区隧道出现性能劣化和结构失效的问题，开展混凝土冻融循环试验，研究冻融循环作用下混凝土强度劣化规律。建立变温条件下寒区隧道衬砌力学热力耦合数值分析模型，分析隧址区温度、保温层厚度和保温层铺设方式对隧道冻融圈、结构内力和损伤演化的影响。研究结果表明：(1) 随冻融循环次数增加，混凝土弹性模量和峰值应力减小，峰值应变增加，进一步提出了考虑冻融循环次数的混凝土全过程压缩应力-应变本构关系；(2) 隧址区温度振幅越小、保温层越厚，围岩温度变化率和冻融分布范围越小，贴壁式保温层铺设方式的冻融范围更小，保温效果最好；(3) 围岩整体冻胀使衬砌结构产生附加应力，围岩整体冻胀后衬砌结构最大拉、压应力位置不变，分别位于仰拱临空侧和拱脚临空侧；(4) 寒区隧道损伤主要集中于仰拱区域，早期损伤程度较低，随运营年限增长，损伤区域不断扩大形成贯通裂缝造成仰拱破坏；(5) 隧址区温度振幅减小和保温层厚度增加使衬砌结构损伤起始时间延后、服役年限增长，贴壁式保温层能充分发挥保温效果，当保温层厚度达到4cm时，隧道不会产生冻胀损伤。
针对冻融循环作用下高纬度寒区隧道出现性能劣化和结构失效的问题，开展混凝土冻融循环试验，研究冻融循环作用下混凝土强度劣化规律。建立变温条件下寒区隧道衬砌力学热力耦合数值分析模型，分析隧址区温度、保温层厚度和保温层铺设方式对隧道冻融圈、结构内力和损伤演化的影响。研究结果表明：(1) 随冻融循环次数增加，混凝土弹性模量和峰值应力减小，峰值应变增加，进一步提出了考虑冻融循环次数的混凝土全过程压缩应力-应变本构关系；(2) 隧址区温度振幅越小、保温层越厚，围岩温度变化率和冻融分布范围越小，贴壁式保温层铺设方式的冻融范围更小，保温效果最好；(3) 围岩整体冻胀使衬砌结构产生附加应力，围岩整体冻胀后衬砌结构最大拉、压应力位置不变，分别位于仰拱临空侧和拱脚临空侧；(4) 寒区隧道损伤主要集中于仰拱区域，早期损伤程度较低，随运营年限增长，损伤区域不断扩大形成贯通裂缝造成仰拱破坏；(5) 隧址区温度振幅减小和保温层厚度增加使衬砌结构损伤起始时间延后、服役年限增长，贴壁式保温层能充分发挥保温效果，当保温层厚度达到4cm时，隧道不会产生冻胀损伤。
针对冻融循环作用下高纬度寒区隧道出现性能劣化和结构失效的问题，开展混凝土冻融循环试验，研究冻融循环作用下混凝土强度劣化规律。建立变温条件下寒区隧道衬砌力学热力耦合数值分析模型，分析隧址区温度、保温层厚度和保温层铺设方式对隧道冻融圈、结构内力和损伤演化的影响。研究结果表明：(1) 随冻融循环次数增加，混凝土弹性模量和峰值应力减小，峰值应变增加，进一步提出了考虑冻融循环次数的混凝土全过程压缩应力-应变本构关系；(2) 隧址区温度振幅越小、保温层越厚，围岩温度变化率和冻融分布范围越小，贴壁式保温层铺设方式的冻融范围更小，保温效果最好；(3) 围岩整体冻胀使衬砌结构产生附加应力，围岩整体冻胀后衬砌结构最大拉、压应力位置不变，分别位于仰拱临空侧和拱脚临空侧；(4) 寒区隧道损伤主要集中于仰拱区域，早期损伤程度较低，随运营年限增长，损伤区域不断扩大形成贯通裂缝造成仰拱破坏；(5) 隧址区温度振幅减小和保温层厚度增加使衬砌结构损伤起始时间延后、服役年限增长，贴壁式保温层能充分发挥保温效果，当保温层厚度达到4cm时，隧道不会产生冻胀损伤。