巖質(zhì)隧道凍脹力計算及凍害等級劃分研究.pdf

1、隨著我國改革開放步伐的加快，中國交通基礎(chǔ)建設(shè)工程全面展開，而公路、鐵路隧道更是在東北、華北、西北、西南等高海拔地區(qū)新建消息頻出。這一方面標(biāo)志全國交通系統(tǒng)更加全面有效，而另一方面卻帶了人們對隧道凍害問題的深思。
　　本文通過查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，對隧道凍脹力計算方法、隧道凍害機(jī)理、隧道凍害等級劃分及隧道凍脹防治措施四個方面研究現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)歸納，在此基礎(chǔ)之上重點(diǎn)對巖質(zhì)隧道凍脹力計算模型以及凍害等級劃分方法深入分析，主要工作內(nèi)容如下:<

2、br>　　(1)綜述積水凍脹理論，修正已有積水凍脹模型不足之處:該模型建立時忽略了圍巖本身低溫膨脹作用;計算過程未考慮積水結(jié)冰彈性體變形影響;未提及參數(shù)取值問題，工程使用困難?；趶椥粤W(xué)理論，建立新的局部積水凍脹模型，并推導(dǎo)出凍脹力計算表達(dá)式。然后提出各參數(shù)取值方法，包括:凍脹圍巖沿隧道徑向深度、局部積水沿隧道徑向深度、圍巖彈性抗力系數(shù)、襯砌和冰的彈性當(dāng)量系數(shù)以及圍巖凍脹率。引入工程算例，計算襯砌背后無積水時所受凍脹力大小并與凍融巖石

3、圈整體凍脹理論凍脹力彈性表達(dá)式計算結(jié)果對比，驗(yàn)證新建積水凍脹模型合理性。
　　(2)采用有限元數(shù)值分析方法，分析新建局部積水凍脹模型的合理性，并討論凍脹力與相關(guān)參數(shù)的關(guān)系。利用ANSYS有限元軟件模擬隧道工程算例得出襯砌背后出現(xiàn)局部積水時所受凍脹力大小與局部積水凍脹模型分析結(jié)果比較，證明新建局部積水凍脹模型的合理性。然后通過參數(shù)調(diào)整分析凍脹力與圍巖凍脹率、襯砌剛度以及水體縱向深度之間的關(guān)系。
　　(3)提出新建隧道凍害等級劃

4、分標(biāo)準(zhǔn)以及各指標(biāo)評價方法。在量化分析地下水、溫度、圍巖屬性三指標(biāo)前提下，采用加權(quán)平均綜合評價方法提出新建隧道凍害等級劃分標(biāo)準(zhǔn);對隧道防凍害施工預(yù)防措施進(jìn)行總結(jié):保溫加熱措施、防排水措施、混凝土低溫施工，并以施工預(yù)防措施有效性對新建隧道凍害等級劃分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修正。
　　(4)基于新建局部積水凍脹模型，建立既有隧道凍害等級劃分標(biāo)準(zhǔn)并明確各指標(biāo)評價方法。提出以混凝土長期強(qiáng)度增長值為指標(biāo)來區(qū)分新建和既有隧道的方法;以混凝土襯砌最小、最大配筋