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...

为研究渠基土在水分与温度变化下的力学特性与冻胀特性变化特征及在水分与温度变化下衬砌渠道的冻胀响应，本文通过对渠基土进行力学特性与冻胀特性试验，研究了不同水分、不同温度条件下渠基土力学特性和冻胀特性的变化规律。并以此为依据，采用有限元数值模拟，基于水热耦合变化，对渠基土冻胀下衬砌渠道冻胀响应进行了研究。结果表明：渠基土力学特性与冻胀特性在水热耦合下呈现出复杂性。温度差异小时，水分差异对衬砌渠道冻胀变形影响小。温度差异大时，水热耦合对衬砌渠道冻胀变形影响显著。-2℃、-12℃下，衬砌渠道最大冻胀变形相较渠道底部变形大54%、70%。温度差异越大，不同温度条件下法、切向冻胀力差距越大。-5℃下最大法向、切向冻胀力相较-2℃大175%、173%,-15℃下最大法向、切向冻胀力相较-5℃大408%、200%。水分差异相较温度差异对冻胀作用影响小。在水热耦合下，渠基土冻胀作用分布具有非均匀性特征且衬砌渠道裂缝发展与分布特征具有一定规律性。温度差异越大，不同水热条件下衬砌渠道冻胀应力差距越大。-6℃下最大冻胀应力相较-4℃大57%。-14℃下最大冻胀应力相较-6℃大183%。温度越低，水分越多，对衬...

近年来，随着“西部大开发”战略和“一带一路”倡议的深入实施，中国的隧道、公路和铁路建设逐渐向高海拔和寒冷的西部地区延伸发展。寒冷地区隧道向特长、特高趋势发展，然而在寒冷地区修建隧道具有海拔高、昼夜温差大、冬季长时间处于负温等特点，恶劣的气候条件与施工环境给隧道施工技术带来极大挑战的同时，后期隧道也因其地理位置以及气候环境而导致冻害频发，致使隧道主体结构的安全性、实用性和耐久性出现不同程度的影响。通过寒区隧道冻害的原因来探讨寒区隧道的冻害机理，从而了解其规律并提出相应的应对措施。

由于东北等高纬度季节性冻土地区春融冬冻的特点，强风化围岩隧道衬砌经常发生渗漏、悬冰、开裂等问题，严重影响列车运行安全。依托某寒区隧道工程，运用理论分析和数值建模等手段，基于季节冻土区强风化围岩隧道衬砌受力模型，分析隧道在富水期和冻结期的轴力和弯矩。通过施加注浆加固圈的方式，建立了注浆加固隧道衬砌受力模型，分析注浆加固厚度关键参数对于衬砌受力的变化规律。研究发现，隧道围岩处于富水期时，弯矩使衬砌产生“倒桃形”变形。当隧道围岩处于冻结期时，弯矩引起衬砌的“类葫芦形”变形。此外，在注浆性能相同的情况下，圆形注浆比传统的马蹄形注浆加固更有利于折减衬砌外力和内力。

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...

渠道渗漏不仅影响灌溉效率,而且还会抬高地下水位,使渠道附近的洼地形成沼泽。根据国内外研究情况,渠道冻胀会导致衬砌出现较大位移,进而引发渠道渗漏。从冻土的非线性角度出发,首先分析了冻土的物理性质,重点研究了衬砌渠道的冻胀机理,分析了冻胀破坏特征和常见的冻胀破坏形式。针对冻胀破坏机理,提出渠道防冻措施,希望为今后的渠道防冻研究提供指导。

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...

寒区隧道混凝土衬砌结构易发生冻融循环作用下的耐久性问题。综述了冻融作用、冻融-碳化及冻融-侵蚀性盐耦合作用下的隧道混凝土衬砌结构耐久性的变化规律,并提出了目前研究所存在的问题及未来研究的建议和方向。

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。