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基于统一强度理论的横观各向同性冻胀寒区隧道弹塑性研究
| 论文题名： | 基于统一强度理论的横观各向同性冻胀寒区隧道弹塑性研究 |
| 关键词： | 隧道围岩;横观各向同性冻胀;弹塑性;统一强度理论;寒冷地区 |
| 摘要： | 寒冷地区特有的冻害给隧道工程设计与现场施工带来了诸多挑战，也威胁到施工完成后隧道的管理与运营安全。冻胀力是造成寒区隧道冻害的主要原因之一，而寒区隧道弹塑性分析即应力与位移解答是求解冻胀力的关键。目前针对寒区隧道的弹塑性研究多数假定围岩为各向同性均匀冻胀，并采用Mohr-Coulomb强度准则作为屈服准则。实际上，围岩冻胀是不均匀的且表现为横观各向同性，中间主应力真实存在且具有显著影响。因此，本文基于统一强度理论，考虑了寒区隧道围岩冻胀的横观各向同性，分别针对围岩位移释放、冻融循环损伤效应、未冻结围岩可屈服性进行理论研究，建立了寒区隧道冻胀力、应力与位移的弹塑性解答，并对所得结果进行对比验证和参数分析，所得结果可为寒区隧道工程设计提供一定的理论指导。主要研究内容及结论如下： (1)考虑围岩位移释放、横观各向同性冻胀和中间主应力的综合影响，借助支护施作时机量化了围岩位移释放的距离描述，建立了寒区隧道的弹性解答与塑性统一解答，得出：采用支护施作时机量化围岩位移释放程度更加直观；支护施作较早时围岩位移释放程度小、冻胀力偏大，支护施作较晚时围岩位移充分释放、塑性区发展迅速。 (2)合理考虑寒区隧道冻融循环对围岩性能的劣化以及围岩冻胀的横观各向同性，基于统一强度理论推导了寒区隧道冻胀力、应力与位移的塑性解答，得出：冻融循环对寒区隧道影响显著，应重视长期冻融循环造成围岩性能的劣化效应，保证隧道具有良好的防水及排水能力和有效的保温措施。 (3)考虑未冻结围岩的可屈服性和冻结围岩的横观各向同性冻胀属性，基于统一强度理论推导了四种情况下寒区隧道的冻胀力、应力与位移解答，得出：对冻结围岩、未冻结围岩均应进行弹塑性状态判断，选择相符的寒区隧道力学模型，避免错用力学模型而带来的计算错误。 (4)采用考虑中间主应力效应的统一强度理论作为围岩的屈服判据，可以充分发挥围岩潜在的自承能力，表征中间主应力效应程度的参数越大，冻胀力越低，塑性区范围也越小，说明基于统一强度理论进行寒区隧道工程设计具有可观的经济效益。横观各向同性冻胀程度和体积冻胀率对冻胀力影响显著，对塑性区半径的影响也很明显，应重视寒区隧道的径向主冻胀。 |
| 作者： | 高本贤 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 张常光 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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