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现代隧道技术 2017, Vol. 54 Issue (6) :93-102    DOI:
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基于破碎冻融圈的寒区隧道冻胀模型及影响因素分析
(1长安大学公路学院,西安 710064 ;2长安大学陕西省公路桥梁与隧道重点实验室,西安 710064;3中国葛洲坝集团投资控股有限公司,武汉 430000)
On Frost-Heave Calculation Model Based on a Broken Freeze-Thaw Circle and Its Influential Factors
(1 School of Highway, Chang′an University, Xi′an 710064; 2 Shanxi Provincial Major Laboratory for Highway Bridge & Tunnel,Chang′an University, Xi′an 710064; 3 China Gezhouba Dam Group Investment Holding Co. Ltd., Wuhan 430000)
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摘要 冻胀力是寒区隧道病害的主要影响因素之一,研究冻胀力量值和分布对寒区隧道保温设计具有重要意义。文章分析总结了目前几种冻胀模型和冻胀机理,在风化层冻胀模型的基础上建立了破碎圈冻胀模型,根据位移连续条件推导了冻胀力计算公式,采用控制变量法分析了冻胀力与影响因素关系,并用偏相关分析方法分析了各因素对冻胀力影响大小。研究结果表明:冻胀力量值与冻结深度、冻融圈冻胀率、衬砌及原始围岩的抗力系数有关;冻融圈冻胀率与破碎程度、含水率及水源补给条件密切相关;各因素对冻胀力影响关系为:冻结深度>冻融圈冻胀率>衬砌弹性当量抗力系数。根据工程实例计算,当冻结深度为 2~3 m时冻胀力量值为 7.43~11.05 MPa之间,计算值偏大于实测值。最后依据冻胀力影响因素讨论了防治冻胀力的工程措施,可为寒区隧道保温设计与施工提供借鉴。
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关键词:   
Abstract: The force created by frost heaves is one of the major influential factors for tunnels in cold regions, and it is very important to study this frost-heave force. Several kinds of calculation models and mechanisms for this frost-heave force are analyzed and summarized, and a model of frost heaving in a broken freeze-thaw circle is established based on a frost-heaving model for a weathered layer. A frost-heave force calculation formula is deduced according to displacement continuity conditions, the relation of frost-heave force and influential factors are analyzed by the control variable method, and the influence of different factors on the frost-heave force are analyzed by the partial correlation method. The results show that: 1) the frost-heave force value is related to the frozen depth, the frostheave ratio of the freeze-thaw circle, the lining and the resistance coefficient of the original rock mass; 2) the frostheave ratio of the freeze-thaw circle has a close relationship to the degree of breakage, moisture content and water supply conditions; 3) the orders of effects of various factors on the frost-heave force are: the frozen depth > the frostheave ratio of the freeze- thaw circle > the elastic equivalent resistance coefficient of lining. A case calculation shows that the frost-heave force scope is 7.43~11.05 MPa when the frozen depth is 2~3 m, and the calculated frostheave force is larger than that of the measured values. Countermeasures to mitigate the frost-heave force are discussed based on influential factors.
KeywordsTunnel engineering,   Tunnels in cold regions,   Frost-heave model,   Frost-heave ratio of the freeze-thaw circle,   Control variable method     
基金资助:

基金项目:交通运输部应用基础研究项目(2015 319 812 140);西部交通建设科技项目(2011 318 797 600);四川省交通厅科技项目(2012C5-3).

作者简介: 作者简介:张玉伟(1989-),男,博士研究生,主要从事寒区隧道工程方面的研究工作,E-mail:1032659676@qq.com.
引用本文:   
.基于破碎冻融圈的寒区隧道冻胀模型及影响因素分析[J]  现代隧道技术, 2017,V54(6): 93-102
.On Frost-Heave Calculation Model Based on a Broken Freeze-Thaw Circle and Its Influential Factors[J]  MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY, 2017,V54(6): 93-102
链接本文:  
http://www.xdsdjs.com/CN/      或     http://www.xdsdjs.com/CN/Y2017/V54/I6/93
 
没有本文参考文献
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