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题名考虑冻胀率梯度的季冻区非等压隧道不均匀冻胀解析
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作者
李亮
陈嘉骏
赵炼恒
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机构
中南大学土木工程学院
中南大学重载铁路工程结构教育部重点实验室
中南大学轨道交通工程结构防灾减灾湖南省重点实验室
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出处
《铁道科学与工程学报》
北大核心
2025年第1期320-331,共12页
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基金
贵州省交通运输厅科技项目(2018123042)
中国铁路广州局集团有限公司科技研究开发计划项目(2021K094-Z)。
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文摘
季冻区隧道在非等压应力作用下,由于冷空气的严重影响从而极易引发隧道冻害,为此进行的抗冻设计关键在于隧道运行中的冻胀力和应力分布评估。现有试验表明,寒区隧道存在明显的径向温度场所形成的围岩体积冻胀率梯度。本文考虑围岩冻融循环劣化引起的弹性模量和冻胀率的改变,依据围岩的不均匀冻胀特性,引入隧道温度场所形成的冻胀率径向梯度。采用复变函数映射双向非等压应力边界条件,进而提出一种季冻区非等压隧道的双重不均匀冻胀解析方法。将本文模型暂时退化后,得到了工程实例和现有理论的有效验证。参数分析表明:引入冻胀率梯度使得季冻区隧道的应力明显减小,且非等压应力作用下隧道在不同方位角的应力变化速率存在差异。随围岩不均匀冻胀特性的增强,引入冻胀率梯度所导致的隧道应力降低逐渐显著。随侧压力的增大,隧道的径向应力和环向应力提高,而隧道应力的峰值和变化速率在不同方位角的差异逐渐减小,且对隧道冻胀力的影响较小。冻融循环下,隧道在不同方位角的应力分布差异和应力变化速率大致相同,但引起的围岩劣化会导致隧道应力的增大,且隧道应力的增长幅度随冻融循环次数的增加而明显。研究成果可为季冻区非等压隧道的应力评估和抗冻设计提供理论指导。
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关键词
冻胀率梯度
围岩不均匀冻胀
冻融循环
非等压应力
季冻区隧道
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Keywords
frost heave rate gradient
uneven frost heave of surrounding rock
freeze-thaw cycles
non-isobaric stress
seasonally frozen tunnels
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分类号
TU452
[建筑科学—岩土工程]
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