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现代隧道技术 2024, Vol. 61 Issue (6) :55-63    DOI:
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寒区隧道脱空积水冻胀力计算及冻胀机制研究
(1.宁夏大学土木与水利工程学院,银川 750021;2.中南大学土木工程学院,长沙 410075)
Calculation of Frost Heave Force and Analysis of Frost Heave Mechanism Induced by Water Accumulation in Voids behind Tunnel Lining in Cold-regions
(1. School of Civil and Hydraulic Engineering, Ningxia University, Yinchuan750021;2. School of Civil Engineering,Central South University,Changsha 410075)
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摘要 针对寒区隧道衬砌背后脱空积水冻胀引起衬砌开裂、掉块问题,开展寒区隧道衬砌背后脱空积水冻胀力计算理论研究,通过引入考虑排泄条件时的衬砌脱空积水冻胀力计算模型,分析温度波动条件下圆楔型脱空积水冻结过程,揭示圆楔形脱空积水冻胀力的形成机制。结果表明:衬砌背后脱空积水冻胀力随空腔高度的增加而增大,随空腔长度的增加变化并不显著;对于防水层外侧脱空,排泄系数取0,脱空积水冻结时不会产生冻胀力;对于防水层内侧脱空,排泄通道最先冻结时,排泄系数取1,排泄通道与脱空空腔底部距离越近,排泄系数越大,空腔内冻胀力越大;衬砌脱空空腔内水体冻结均从脱空边缘厚度最薄处开始,然后向较厚部位发展;温度日周期波动条件下,衬砌空腔先冻结的区域会先融化,防水层内侧脱空积水的冻结-融化、水补给-冻结过程导致空腔内冻胀力逐渐增大。
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作者相关文章
许 鹏1 杨瑞松1 伍毅敏2
关键词寒区隧道   脱空积水   冻胀力   排泄条件     
Abstract: This study investigates the issues of lining cracking and spalling caused by frost heave of accumulated water in voids behind lining in cold-region tunnels. Theoretical research on the calculation of frost heave force of accumulated water in voids behind tunnel lining was conducted. By introducing a frost heave force calculation model that accounts for drainage conditions, the freezing process of accumulated water in circular wedge-shaped voids under temperature fluctuations was analyzed, and the mechanism of frost heave force formation was revealed. The results show that the frost heave force increases with the height of the void but changes insignificantly with the void length. For voids outside the waterproof layer, the drainage coefficient is 0, and no frost heave force is generated during freezing.For voids inside the waterproof layer, when the drainage channel freezes first (drainage coefficient=1), the closer the drainage channel is to the bottom of the void, the larger the drainage coefficient and the bigger the frost heave force in the void. Freezing of water in the void begins at the thinnest edge and progresses toward thicker regions of the void. Under daily cyclic temperature fluctuations, the melting process of ice in the void is homology to the freezing process, that is ,the phenomenon of freezing and thrawing first. Under daily periodic fluctuations, the freeze-thaw and water recharge-freeze processes in voids inside the waterproof layer lead to a gradual increase in frost heave force.
KeywordsCold-region tunnels,   Water accumulation in voids,   Frost heave force,   Drainage conditions     
基金资助:国家自然科学基金(52368056);中国铁路总公司科技研究开发计划项目(K2018G019);宁夏自然科学基金资助项目(2024AAC03073).
作者简介: 许 鹏(1986-),男,博士,讲师,硕士生导师,主要从事隧道工程病害诊治、特殊复杂隧道设计等工作,E-mail:xupeng1033@nxu.edu.cn. 通讯作者:杨瑞松(2000-),男,硕士研究生,主要从事隧道及地下工程领域的研究工作,E-mail:2464752840@qq.com.
引用本文:   
许 鹏1 杨瑞松1 伍毅敏2 .寒区隧道脱空积水冻胀力计算及冻胀机制研究[J]  现代隧道技术, 2024,V61(6): 55-63
XU Peng1 YANG Ruisong1 WU Yimin2 .Calculation of Frost Heave Force and Analysis of Frost Heave Mechanism Induced by Water Accumulation in Voids behind Tunnel Lining in Cold-regions[J]  MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY, 2024,V61(6): 55-63
链接本文:  
http://www.xdsdjs.com/CN/      或     http://www.xdsdjs.com/CN/Y2024/V61/I6/55
 
没有本文参考文献
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