考虑冻融循环效应的非静水压寒区隧道应力场弹性分析

doi:10.3973/j.issn.2096-4498.2023.S2.005

隧道建设（中英文） ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (S2): 48-58.DOI: 10.3973/j.issn.2096-4498.2023.S2.005

考虑冻融循环效应的非静水压寒区隧道应力场弹性分析

杨自友，高鹏*，尚阳光，张煜

（安徽建筑大学土木工程学院，安徽合肥 230601）

出版日期:2023-12-30 发布日期:2024-03-27
作者简介:杨自友（1975—），男，安徽霍山人，2008年毕业于中国科学技术大学，工程安全与防护技术专业，博士，教授，主要从事矿业工程及岩土工程研究。 E-mail: zyyang75@mail.ustc.edu.cn。 *通信作者：高鹏， E-mail: 914821422@qq.com。

Elastic Analysis of Tunnel Stress Field in Cold Zone Under Non-Hydrostatic Pressure Considering Freeze Thaw Cycle Effect

YANG Ziyou, GAO Peng*, SHANG Yangguang, ZHANG Yu

（School of Civil Engineering, Anhui Jianzhu University, Hefei 230601, Anhui, China）

Online:2023-12-30 Published:2024-03-27

摘要/Abstract

摘要： 为综合研究冻融循环和非静水压力共同作用下寒区隧道应力分布的规律,考虑寒区隧道冻结围岩的不均匀冻胀特性和冻融循环对围岩力学性能的影响，基于复变函数方法，建立非静水压力作用下寒区隧道冻融圈整体冻胀模型，推导非静水压力作用下寒区隧道应力的弹性解答，对所得解进行对比验证和参数分析，讨论冻融循环次数、不均匀冻胀系数、侧压力系数、冻胀率等因素对寒区隧道应力的影响规律。结果表明： 1）冻胀力随冻融循环次数、不均匀冻胀系数的增加分别增大了89%、26.7%。2）侧压力系数λ对冻胀力有着显著影响，当λ≥1时，冻胀力随方位角的增大而增加；当λ＜1时，冻胀力随方位角的增加而减小。3）4种体积冻胀率参数中对冻胀力影响最大的是水热迁移系数，可使冻胀力增大36.4%。

关键词: 寒区隧道, 冻融循环, 不均匀冻胀, 侧压力系数, 复变函数

Abstract: To comprehensively investigate the stress distribution patterns of tunnels in cold zone under the joint action of freezethaw cycle and nonhydrostatic pressure, an overall frost heave model of freezethaw cycle of tunnels in cold zone under nonhydrostatic pressure is established based on compound function considering the inhomogeneous frostheave characteristics of the frozen surrounding rocks of the tunnels in cold zone and the influence of freezethaw cycle on the mechanical properties of the surrounding rocks. Then the elastic solution of the stress of the tunnels in cold zone under the action of nonhydrostatic pressure is deduced, and a comparative validation and parametric analysis are conducted on the obtained solution. Finally, the influence of the number of freezethaw cycles, inhomogeneous frostheave coefficient, lateral pressure coefficient, freezing and expansion rate on the stress of tunnels in the cold zone is discussed. The results reveal the following: （1） The frostheave force increases by 89% and 26.7% with increasing number of freezethaw cycles and inhomogeneous frostheave coefficient, respectively. （2） The lateral pressure coefficient 〖WT〗λ 〖WT５《TNR》〗has a considerable impact on the frostheave force,the frostheave force increases and decreases with increasing azimuthal angle when 〖WT〗λ〖WT５《TNR》〗≥1 and 〖WT〗λ〖WT５《TNR》〗＜1, respectively. （3） The hydrothermal migration coefficient considerably affects the frostheave force rather than other three volumetric freezing and expansion rate parameters, which can increase the frostheave force by 36.4%.

Key words: tunnels in cold zone, freezethaw cycle, uneven frost heave, lateral pressure coefficient, compound function

杨自友, 高鹏, 尚阳光, 张煜. 考虑冻融循环效应的非静水压寒区隧道应力场弹性分析[J]. 隧道建设, 2023, 43(S2): 48-58.

YANG Ziyou, GAO Peng, SHANG Yangguang, ZHANG Yu. Elastic Analysis of Tunnel Stress Field in Cold Zone Under Non-Hydrostatic Pressure Considering Freeze Thaw Cycle Effect[J]. Tunnel Construction, 2023, 43(S2): 48-58.

[1]	马超, 黎忠灏, 邱军领, 赖金星, 罗燕平, 曾斌, 冯志华. 寒区隧道冻结特性及冻结深度预测[J]. 隧道建设, 2023, 43(8): 1369-1378.
[2]	王志杰, 谢盛昊, 范文昊, 王磊, 马志富, 杨昌贤, 林铭, 周飞聪. 寒区隧道纵向温度场分布规律研究[J]. 隧道建设, 2023, 43(10): 1692-1701.
[3]	郭智杰, 吴必胜, 杨科, 周煌彬, 杨仁鹏. 基于位移释放系数的深埋圆形压力隧道力学行为的解析解[J]. 隧道建设, 2022, 42(S1): 289-300.
[4]	刘宗韩, 韩风雷, 李家正, 黄勇, 张学富, 耿永奇. 自然浸水-冻融条件下寒区隧道有机保温材料劣化规律研究[J]. 隧道建设, 2022, 42(8): 1453-1460.
[5]	席红兵, 李柏生. 硫酸盐-冻融共同作用下隧道衬砌支护喷射混凝土劣化性能研究[J]. 隧道建设, 2022, 42(7): 1219-1226.
[6]	马印怀, 林铭, 姜逸帆, 张国祥, 国莉, 王志杰, 雷飞亚, 周平. 延崇高速公路金家庄特长螺旋隧道温度场分布规律及保温层研究[J]. 隧道建设, 2022, 42(11): 1853-1862.
[7]	关喜彬. 寒区隧道侧吹式空气幕保温系统及模型试验研究[J]. 隧道建设, 2022, 42(10): 1720-1728.
[8]	谢家冲, 王金昌, 周高云, 陈页开. 土体参数对盾构隧道衬砌与土体共同作用影响分析[J]. 隧道建设, 2021, 41(S1): 247-.
[9]	王志杰, 姜逸帆, 李金宜, 蒋新政, 周平, 雷飞亚. 曲线寒区隧道保温层铺设长度计算方法研究[J]. 隧道建设, 2021, 41(2): 175-184.
[10]	马志富, 杨昌贤. 寒区隧道抗防冻设计标准研究[J]. 隧道建设, 2021, 41(11): 1931-1942.
[11]	邓志刚. 基于相对变形的大变形隧道地应力反算[J]. 隧道建设, 2020, 40(S1): 194-201.
[12]	何玉珠, 刘济遥, 张智勇, 曹豪荣, 雷明锋. 高丽营隧道围岩压力有限元-上限法计算方法研究[J]. 隧道建设, 2020, 40(S1): 209-215.
[13]	张伯林, 郑军. 侧压力系数对盾构隧道接头变形及受力影响[J]. 隧道建设, 2020, 40(S1): 39-50.
[14]	李伟, 张东淼, 叶飞, 王思宇, 梁晓明. 冻融循环对季冻区隧道衬砌混凝土导热系数影响研究[J]. 隧道建设, 2020, 40(12): 1725-1732.
[15]	于丽, 孙源, 王明年, 夏鹏曦, 王广科. 考虑通风与围岩条件的寒区隧道温度场模型及作用规律研究[J]. 隧道建设, 2019, 39(S2): 85-91.

考虑冻融循环效应的非静水压寒区隧道应力场弹性分析

Elastic Analysis of Tunnel Stress Field in Cold Zone Under Non-Hydrostatic Pressure Considering Freeze Thaw Cycle Effect

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价