【摘要】：我國是一個多山的國家,隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,國家大力發(fā)展交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),在穿越山嶺時隧道工程發(fā)揮著重要的作用,然而有許多隧道位于高緯度、高海拔的寒冷地區(qū),加之地下水比較豐富時,容易發(fā)生凍害,威脅到隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定及行駛車輛的安全,對人的生命財產(chǎn)造成危害。因此,采取行之有效的措施來預(yù)防或者減輕凍害的發(fā)生是寒區(qū)隧道需要解決的問題。寒區(qū)隧道凍脹力的研究具有重要的實際意義和廣闊的發(fā)展空間。通過對發(fā)生凍害現(xiàn)象的隧道進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)凍脹力是凍害發(fā)生的主要原因,而對于凍脹力的研究主要是將溫度、應(yīng)力及滲流場進(jìn)行耦合,此方法工程應(yīng)用具有很大的困難,工程適用性低。鶴大高速回頭溝隧道冬季氣溫低,為了預(yù)防凍害的發(fā)生,本文采用現(xiàn)場監(jiān)測和室內(nèi)試驗的方法測得相關(guān)參數(shù),然后以彈性力學(xué)和彈塑性力學(xué)為基礎(chǔ)對凍脹力進(jìn)行了研究,最后對回頭溝隧道防凍措施進(jìn)行了研究。得到的結(jié)論如下:(1)通過現(xiàn)場溫度監(jiān)測發(fā)現(xiàn),隧道圍巖溫度變化趨勢與外界氣溫變化趨勢相同,隨著徑向埋深的增加變化幅度減小,圍巖溫度變化滯后于外界氣溫的變化;圍巖凍結(jié)深度在2m左右。(2)通過圍巖凍脹性試驗,得到巖石的應(yīng)變過程為先減小后增大最后趨于穩(wěn)定;巖石的凍脹量受溫度影響較小,凍結(jié)溫度越低巖石應(yīng)變達(dá)到極值的時間越短;巖石的線性凍脹率為0.045%。(3)以彈性力學(xué)為基礎(chǔ),分析襯砌彈性模量、凍結(jié)深度、凍脹率及襯砌厚度對凍脹力的影響,其中襯砌彈性模量、凍結(jié)深度、凍脹率對凍脹力影響較大,襯砌厚度對凍脹力影響較小;得到回頭溝隧道三個斷面的凍脹力為1.89MPa、0.74MPa、0.47MPa。(4)以彈塑性理論為基礎(chǔ)分析凍脹力作用下襯砌內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律,得到襯砌內(nèi)壓應(yīng)力較大的部位主要位于邊墻內(nèi)側(cè)、仰拱中間的上部;凍脹力較小時襯砌內(nèi)都為壓應(yīng)力,隨著凍脹力的增大襯砌內(nèi)出現(xiàn)拉應(yīng)力,主要位于拱腳內(nèi)側(cè)及拱頂內(nèi)側(cè)。(5)對回頭溝隧道防凍措施進(jìn)行了研究,根據(jù)溫度監(jiān)測數(shù)據(jù),求得隧道保溫層厚度應(yīng)為5cm;用數(shù)值模擬軟件對保溫層厚度及長度進(jìn)行了計算,保溫層鋪設(shè)厚度為5cm,長度為200m。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U452.12
【圖文】：

西部地區(qū)主要是因為高海拔的原因。將我國寒區(qū)劃分為季節(jié)性凍土區(qū)和多年凍土區(qū)，其分布見圖2.1。寒區(qū)隧道通常是指溫度可達(dá)到 0℃及以下且含有冰的地區(qū)的隧道，一般情況下寒區(qū)隧道根據(jù)巖土體中冰的持續(xù)時間可分為兩種[44]，即季節(jié)性凍土區(qū)隧道（巖土體中冰不會一直存在，隨季節(jié)發(fā)生凍結(jié)融化）和多年凍土區(qū)隧道（巖土體中冰的持續(xù)時間較長不會隨季節(jié)發(fā)生融化現(xiàn)象，一般為兩年及以上）。圖 2.1 中國寒區(qū)分布示意圖

圖 2.2 積水凍脹理論計算模型2）公式推導(dǎo)模型沿環(huán)向分成 n 等份，我們對任意的第 i（i=1~n）等分進(jìn)行研究，的作用力下 i 點上襯砌和圍巖的位移 iδi。環(huán)向積分，得到因襯砌和凍結(jié)圍巖移動而產(chǎn)生的空間體積增量為： == +niiinlΩPB11( )體原體積： ΩltB210=凍結(jié)時的體積膨脹量為：0Ω =αΩ據(jù)幾何關(guān)系得：1Ω =Ω到：2()2()mmniinttP += +=

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2724087