低温冻融条件下岩体温度‐渗流‐应力‐损伤(THMD)耦合模型研究及其在寒区隧道中的应用

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• 责任者：谭贤君^c中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室^d1984^e博士^f副研究员 ; 陈卫忠 ; 伍国军 ; 郑朋强
• 刊名：岩石力学与工程学报
• 出版年：2013
• 卷期：32^b2总265
• 关键词：隧道 ; 融冻作用20^a温度 ; 渗流 ; 应力 ; 耦合作用 ; 围岩稳定
• 页码：239～250
• 索书号：P478.066/357
• 图表：^c表2参23插图
• 分类号：1600
• 文摘期号：2013/09/a

摘要

寒区隧道的围岩冻胀问题涉及到岩体温度场、渗流场、应力场以及冻融损伤相互作用的多场耦合问题。在THDM耦合机制分析基础上，基于连续介质力学、热力学、渗流力学、损伤力学以及分凝势理论，建立低温冻融条件下岩体THMD耦合模型。该模型不仅考虑体积应变对岩体温度场和渗流场的影响，温度梯度和渗透压力对岩体应力场的影响，还根据寒区工程实际，考虑冻胀压力和冻融循环对岩体劣化损伤的影响。数值仿真某寒区管道工程的冻胀过程，与现场的实测结果对比表明：该模型能很好地反映岩土体由于负温所产生的冻胀现象。在此基础上，分析极端气候条件下嘎隆拉隧道围岩冻胀力的变化规律，并对隧道在经历不同冻融循环次数后的变形和受力特征进行探讨。研究结果表明：极端气候条件下嘎隆拉隧道围岩的最大冻胀力达到1.6 MPa，冻融循环对隧道衬砌受力影响较大。