冻融循环和不均匀冻胀下寒区隧道的塑性解答

• 作者: 张常光 高本贤 周渭 李海祥
• 来源期刊: 力学学报
• 学科: 工学
• 关键词: 寒区隧道 塑性解答 冻融循环 不均匀冻胀 体积冻胀率
• 年，卷（期）: 2022,（1）
• 所属期刊栏目: 生物、工程及交叉力学|Biomechanics, Engineering and Interdiscipliary Mechanics
• 页码范围: 252-262
• 页数: 11页
• 分类号: TU457
• 语种: 中文
• DOI: 10.6052/0459-1879-21-401

摘要

季冻区长期冻融循环造成围岩强度和变形性能劣化,使得寒区隧道易进入塑性状态,且寒区隧道围岩呈现以径向冻胀为主的不均匀冻胀.合理考虑寒区隧道冻融循环对围岩性能的劣化以及围岩的不均匀冻胀属性,基于Mohr-Coulomb准则推导了寒区隧道冻胀力、应力与位移的塑性解答,同时给出相应的弹性解答和冻结围岩弹-塑性状态的判定方法,对所得解答进行讨论和对比验证,最后探讨了冻融循环、不均匀冻胀与体积冻胀率对寒区隧道应力分布、塑性区半径、洞壁位移和冻胀力的影响规律.研究表明:本文解答具有广泛的适用性和良好的可比性,并得到文献塑性解答的退化验证;冻胀力、洞壁位移与塑性区半径随冻融次数增加分别增大20.3％、8.44倍、2.16倍,以量化长期冻融循环造成围岩性能的劣化效应;冻结围岩由均匀冻胀转变为不均匀冻胀时冻胀力增大42.8％,但塑性区半径几乎无变化;4种体积冻胀率参数均显著影响冻胀力,尤其是水热迁移系数可使冻胀力增大123.6％.本文结果可为季冻区隧道设计与冻害问题解决提供一定的理论依据.