基于破碎冻融圈的寒区隧道冻胀模型及影响因素分析

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。