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岩质隧道冻胀力计算及冻害等级划分研究
| 论文题名： | 岩质隧道冻胀力计算及冻害等级划分研究 |
| 关键词： | 隧道工程;积水冻胀模型;冻胀力;等级划分 |
| 摘要： | 随着我国改革开放步伐的加快，中国交通基础建设工程全面展开，而公路、铁路隧道更是在东北、华北、西北、西南等高海拔地区新建消息频出。这一方面标志全国交通系统更加全面有效，而另一方面却带了人们对隧道冻害问题的深思。 本文通过查阅国内外相关文献，对隧道冻胀力计算方法、隧道冻害机理、隧道冻害等级划分及隧道冻胀防治措施四个方面研究现状进行了总结归纳，在此基础之上重点对岩质隧道冻胀力计算模型以及冻害等级划分方法深入分析，主要工作内容如下: (1)综述积水冻胀理论，修正已有积水冻胀模型不足之处:该模型建立时忽略了围岩本身低温膨胀作用;计算过程未考虑积水结冰弹性体变形影响;未提及参数取值问题，工程使用困难。基于弹性力学理论，建立新的局部积水冻胀模型，并推导出冻胀力计算表达式。然后提出各参数取值方法，包括:冻胀围岩沿隧道径向深度、局部积水沿隧道径向深度、围岩弹性抗力系数、衬砌和冰的弹性当量系数以及围岩冻胀率。引入工程算例，计算衬砌背后无积水时所受冻胀力大小并与冻融岩石圈整体冻胀理论冻胀力弹性表达式计算结果对比，验证新建积水冻胀模型合理性。 (2)采用有限元数值分析方法，分析新建局部积水冻胀模型的合理性，并讨论冻胀力与相关参数的关系。利用ANSYS有限元软件模拟隧道工程算例得出衬砌背后出现局部积水时所受冻胀力大小与局部积水冻胀模型分析结果比较，证明新建局部积水冻胀模型的合理性。然后通过参数调整分析冻胀力与围岩冻胀率、衬砌刚度以及水体纵向深度之间的关系。 (3)提出新建隧道冻害等级划分标准以及各指标评价方法。在量化分析地下水、温度、围岩属性三指标前提下，采用加权平均综合评价方法提出新建隧道冻害等级划分标准;对隧道防冻害施工预防措施进行总结:保温加热措施、防排水措施、混凝土低温施工，并以施工预防措施有效性对新建隧道冻害等级划分标准进行修正。 (4)基于新建局部积水冻胀模型，建立既有隧道冻害等级划分标准并明确各指标评价方法。提出以混凝土长期强度增长值为指标来区分新建和既有隧道的方法;以混凝土衬砌最小、最大配筋率作为冻胀力等级弱中强的划分标准，计算冻胀力界限值;之后量化洞内结冰影响正常使用情况和衬砌结构劣化程度，采用综合定性评价原则:量化指标、单指标评价、最值优先、定性评价，建立既有隧道冻害等级划分标准。 (5)依据大苇沟隧道工程，应用新建局部积水冻胀模型计算该隧道衬砌所受冻胀力;根据新建隧道和既有隧道判别标准，分析该隧道所属类型，并采取对应类型隧道冻害等级划分标准进行评价。 |
| 作者： | 宋天宇 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 王述红 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东北大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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