季冻区客运专线隧道局部存水冻胀对衬砌力学性能的影响分析

本文依托吉图珲客运专线五峰山隧道,运用局部存水冻胀模型,采用有限元数值模拟技术,对不同积冰位置情况下,局部存水冻胀力对隧道衬砌力学性能的影响进行了分析。研究结果表明:(1)局部存水冻胀将对隧道结构安全造成一定的不利影响,存水位置不同,影响程度有所差别;(2)积冰位置处弯矩值较未积冰时显著提高,当隧道拱顶、拱肩、拱腰处积冰时,隧道安全系数相较于无冻胀力作用时都会降低,且当拱顶处积冰时,安全系数降低更为显著。研究成果可为季冻区隧道抗冻设计及冻害整治提供参考。

浅埋隧道局部存水冻胀作用机制与安全性评价

为揭示寒区隧道局部存水冻胀作用机制并提出有效的衬砌结构安全评价方法,设计了三维地质力学模型试验,通过设置3种积水范围冻胀试验工况,观测冻胀过程中裂缝开展和衬砌结构受力等情况;改进了局部存水冻胀数值计算方法,建立了基于岩体力学法并耦合冻胀力和围岩荷载的冻胀数值模型,对比了不同存水位置、不同局部存水厚度和不同存水范围下隧道冻胀力和结构内力的变化规律,进一步揭示了局部存水冻胀对隧道受力的影响机制,评判了衬砌结构的安全性。分析结果表明:局部存水冻胀具有显著的区域性特征,衬砌冻胀开裂发生在局部存水与非存水交界处,冻胀力大小取决于交界处冻胀产生的应力集中效应,衬砌裂缝多为纵、斜向裂缝;衬砌局部存水冻胀最不利位置由优到劣依次为拱脚、边墙、仰拱、拱腰和拱顶,衬砌受力随局部存水厚度的增大而增大,局部存水范围的增大有利于衬砌受力均匀化;不同部位局部存水冻胀条件下衬砌结构容许压应力比均小于1,满足抗压检算要求;拱顶、拱腰和仰拱容许拉应力比均大于1,不满足抗拉检算要求,实际工程应针对上述部位采取适当的防冻胀措施予以处治;揭示的隧道局部存水冻胀作用机制和建立的衬砌结构安全性评价方法为寒区隧道冻害防治提供了一定理论依据。