内容简介
本书以玉希莫勒盖隧道为依托，采用现场监测、理论分析、数值模拟以及相似模拟试验等手段相结合，对季节寒区隧道的温度场与变行了一系列的研究，对季节寒区隧道的建设具有的指导意义。在于寒区隧道温度场二维和三维的理论求解方法以及围岩应力与变形的解析方法，创造的提出了冻胀零位移点的概念，较好的解释了寒区隧道围岩冻胀变形规律，对认识寒区隧道失稳机理奠定了基础；同时本书也介绍了课题组开展的寒区隧道温度场与冻胀变形的相似模拟试验，可为寒区隧道的支护设计提供依据。;
目录
第1章绪论·
1.1研究背景
1.2国内外研究现状
1.3依托工程概况·
1.4研究内容
第2章隧道内大气及围岩温度监测
2.1概述
2.2测试方法·
2.3温度监测结果…
2.4本章小结
第3章 寒区隧道含保温层时温度场解析计算
3.1问题的描述·
3.2 Laplace积分变换方法
3.3热传导问题的求解…
3.4 Laplace 逆变换的数值计算…
3.5玉希莫勒盖隧道温度场分析…
3.6玉希莫勒盖隧道保温层厚度的计算·
3.7 参数分析…
3.8本章小结…
第4章 寒区隧道三维径向传热解析计算
4.1现场温度监测数据的分析·
4.2 热传导问题的描述…
4.3问题的条件·
4.4 热传导问题的解答…
4.5 结果分析…
4.6本章小结
第5章 季节寒区隧道温度场的数值模拟研究
5.1概述・
5.2模拟过程
5.3 玉希莫勒盖隧道温度场分析
5.4玉希莫勒盖隧道冻结锋面的研究·
5.5 玉希莫勒盖隧道所需保温层厚度的计算…
5.6本章小结
第6章季节寒区隧道围岩应力与变形的解析计算……
6.1概述・
6.2基本假设
6.3基本方程・
6.4 不等压条件下寒区隧道围岩应力场的弹分析……
6.5 在静水压力场中寒区隧道围岩的弹塑分析……
6.6玉希莫勒盖隧道围岩应力场的计算
6.7本章小结
第7章隧道温度场与冻胀力相似模拟研究·
7.1概述
7.2相似准则的推导
7.3试验模化设计
7.4试验系统的设计
7.5试验步骤与方法
7.6试验结果分析
7.7试验小结第8章工程实例·
8.1概述
8.2玉希莫勒盖隧道温度场分析
8.3玉希莫勒盖隧道保温层分析
8.4玉希莫勒盖隧道冻胀力分析
8.5玉希莫勒盖隧道变形监测
8.6本章小结
第9章结论及展望
9.1主要结论
9.2展望
参考文献
摘要与插图
第1章绪论
1.1研究背景
地球上瞬时冻土、季节冻土和多年冻土区的面积约占陆面积的50%，主要分布在美国的阿拉斯加、加拿大、俄罗斯和中国的部分地区。根据统计，在地域广阔、地形多样的中国，共有一半以上的国土都属于寒区，寒区是指表土层的年冻结深度大于800mm的地区，主括多年冻土区和季节冻土区两种类型，分别占国土面积的20%和55%，其中很大一部分分布在西部和东北地区[1-1年来，随着我国振兴东北老工业基地和西部大开发战略政策的实施，大量的基础建设，例如南水北调西线工程、川藏铁路、西气东输工程、开采油气田和铺设输油管道等都将迎来建设的高峰期，相应的公路和铁路网也将从东部向西部和北部扩展，而这些区域大部分都属于高海拔高纬度的地形，群山环绕，峰险路陡，建设大量的隧道将是优化路线、缩短里程的必要选择。目前，铁路隧道、公路隧道、引水排水隧道等在建或已建的数目都在日益增多。而隧道工程所处的海拔或纬度也在不断地，海拔在3000m以上的隧道有青藏铁路的关角隧道[5]（海拔3700m）、昆仑山隧道[6]（海拔4600m）、风火山隧道[7]（海拔4905m），南疆铁路的奎先隧道（海拔3000m），227国道西宁张掖的大坂山隧道[81（海拔3793m），而海拔高的隧道应属青藏铁路的风火山隧道，通过部位的山体高海拔为4996m，洞身处于冻结岩层中。
寒区隧道修建一般要受到冻胀的影响：在冬季围岩中的温度降到0℃以下时，岩体中的孔隙水和远处的补给水便会冻结成冰，引起岩体的体积膨胀，产生作用在隧道结构上的冻胀力。目前，从世界各国的寒区隧道的使用情况来看括公路和铁路隧道），其中受冻害损坏的程度很高，甚导致隧道的主体结构报废，造成国家或地区巨大的经济浪费，更有可能使得寒区隧道中的交通存在隐患。如日本3800座寒区的铁路隧道中，约有29%在运营期间受到冻害的威胁或影响；公路隊道方面，仅北海道地区大型公路隧道中有34.4%（约104座）发生了严重冻害，投入了大量的治理经费来消除侧墙壁冰和拱部冰柱。而在我国地区，此前由于没有意识到冻害的存在，致使地下输油管线受低温影响而断裂；在哈尔滨铁路系统中的图里河房管段，33个站区约15.3%的房屋因冻害严重而无法居住；在青藏铁路沿线，由于融沉产生了较大的变形，与之有关的破坏已占全线病害路段的80%，有些路段甚因此出现反拱变形，量值已达50～100cm；在我国东北和西北地区，发生不同程度冻害的铁路隧道有33座，有的因冻害严重，不能使用的时间长达8~9个月。东北牙林线和嫩林线隧道的洞门都有不同程度的开裂现象，嫩林线塔河一樟岭白卡尔隧道、西罗奇2号隧道、林碧支线的翠岭2号隧道、牙林线岭顶隧道、南疆线奎屯隧道等修建于多年冻土地区，由于没有考虑冻胀作用，在建成后普遍存在衬砌冻胀开裂、酥碎、剥落、挂冰、道床冒水、积水及结冰等一系列病害，严重影响行车。
寒区隧道工程是交通基础建设中的一项特殊工程，由于寒冷环境导致隧道发生的一系列病害，不仅给隧道设计和现场施工提出很多新的问题，也给隧道建成之后的运营和管理带来了许多困难，往往造成巨大的经济损失。目前对寒冷环境中由于温度变化造成围岩反复冻融引发形成隧道病害的机理的研究还不足，也缺乏一套冻害的相应技术。寒区隧道工程具有一系列非寒区隧道所没有的特点和问题，或者一些问题虽然具有共，但是在寒区表现得更为明显，其特殊已引起了研究人员和工程技术人员的关注。寒区隧道工程被作为一个重要课题被提到研究日程，开展寒区隧道温度场、保温层的厚度与效果以及寒区隧道围岩稳定分析等研究，对寒区隧道的建设具有重要的意义。
1.2国内外研究现状
1.2.1寒区隧道温度场的研究现状
美国CRREL[9研究所对阿拉斯加的一个位于多年冻土区的隧行实地观测，通过分析取得了一系列对认识和发展寒区隧道有重要价值的成果。在俄罗斯举行的贝干线山岭铁路隧道的设计与施工研讨会上，有关学者认为温度在长度小于1km的隧道内变化幅度较小；而2km以上的隧道，由于受到洞门的气候条件、行车方向的影响，从隧道口到中部的温差较大，大可达8~15℃。
在国内，学者们对寒区隧道温度场的研究首先是从隧道内气温的分布规律开始，然后逐渐发展到围岩内部温度的分布规律。乜凤鸣0]对大兴安岭和天山的三条寒区隧道即杜隧道、西罗奇2号隧道和奎先隧道，吴紫汪和赖远明[8]等对青海大坂山隧道的洞内温行了归纳结，后得出的结论为：在夏季洞内的气温低于洞外的气温，而在冬季洞内的气温则高于洞外的气温。在洞口处受到洞外气温影响程度高，所以在寒季，洞内气温呈抛物线分布，中间高，两边低；在暖季则相反，洞内与洞外气温年较差的比值随着隧道长度增长而减小。
大为等测试了小盘岭隊道的温度场，黄双林[2]测试了青藏铁路昆仑……