【摘 要】
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多年冻土隧道开挖后冻土围岩暴露于空气中,冻土围岩与空气间的温差迫使他们之间产生热交换,由此导致多年冻土隧道周边围岩融化形成融化圈。除以上环境作用之外,工程爆破、喷
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多年冻土隧道开挖后冻土围岩暴露于空气中,冻土围岩与空气间的温差迫使他们之间产生热交换,由此导致多年冻土隧道周边围岩融化形成融化圈。除以上环境作用之外,工程爆破、喷射混凝土等系列作业产生的热扰动也将进一步抬升洞室内空气温度,加剧冻土围岩融化。由于多年冻土围岩的组成部分有冰的存在,加上冰极易受温度影响,冻土围岩温度达到固相和液相的临界温度—零度时开始融化,而且,多年冻土围岩在融化后物理、力学性质发生急剧变化,威胁隧道结构的稳定性。论文围绕多年冻土隧道在融化作用下围岩变形破坏问题,从大量查阅文献和相关资料入手,通过文献调研,总结国内外多年冻土隧道工程围岩变形破坏案例,研究融化作用下多年冻土隧道围岩变形破坏类型及影响因素。以围岩变形破坏类型及影响因素为依据,分析建立融化作用下多年冻土隧道围岩弹塑性分析模型,采用收敛-约束法理论,分析融化作用下多年冻土隧道围岩变形破坏的影响因素。结合数值模拟和实际工程对理论分析进行了补充和验证,以期充分掌握融化作用下多年冻土隧道围岩变形破坏机制,为多年冻土隧道设计及施工提供理论指导。主要研究成果如下:（1）根据工程案例由统计分析得出了融化作用下多年冻土隧道围岩变形破坏方式主要有局部掉块、坍塌和初支变形,在此基础上确立了影响围岩变形破坏的主要因素:围岩条件、融化圈深度、支护结构。（2）根据冻土围岩变形破坏方式及影响因素,结合青藏铁路风火山隧道实际工程,建立了融化作用下多年冻土隧道弹塑性分析模型,并对其求解,结合收敛-约束理论,分析了围岩条件、融化圈深度、支护结构对隧道周边围岩变形的影响。同样融化圈深度和支护条件下,隧道周边围岩位移随围岩条件变差而增大;同样围岩位移和融化深度下,支护结构的强度越高、施作时间越早,隧道周边围岩位移越小;同样围岩条件和支护条件下,隧道周边围岩位移随融化圈深度增加而增大。（3）以风火山隧道为模拟对象,采用FLAC3D模拟了围岩条件、融化圈深度、支护结构对多年冻土隧道周边围岩变形的影响,得到了其与围岩位移的相应关系,验证了理论分析推导结果。（4）结合风火山隧道工程围岩参数及设计情况,通过理论分析进行解析解求解,通过FLAC3D,结合其工程实际监测数据对理论分析结果和数值模拟结果进行对比,验证了所建立的分析模型及理论推导假设的合理性,此理论方法可以为实际工程多年冻土隧道施工和设计提供理论参考。
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