摘要：为深入研究冻融循环作用下围岩流变与损伤特征，从而预测寒区软岩隧道运营期间产生的变形，基于寒区典型隧道工程开展了一系列砂岩冻融循环和三轴蠕变试验，分析了冻融循环次数对砂岩蠕变特性的影响，得到了在围压分别为3、6 MPa，冻融循环次数分别为0、20、40、60次下砂岩蠕变全过程曲线；基于分数阶导数理论推导出分数阶蠕变损伤模型，以反映砂岩在不同冻融循环期间各蠕变阶段的蠕变特性，并依据试验数据确定了分数阶蠕变损伤本构方程的参数；将本构模型嵌入FLAC3D软件中，分析了冻融循环和长期荷载耦合作用下隧道围岩及支护结构的长期稳定性。研究结果表明：冻融循环次数越大，砂岩在同一长期荷载作用下的瞬时弹性变形、衰减蠕变变形和稳定蠕变变形速率也越大，所能承受的长期荷载等级越小，现场监测数据与模型计算结果的误差为8.45%，验证了二次开发模型的可靠性；随着冻融循环次数的增大，运营期间隧道围岩及支护结构的蠕变劣化效应更加严重，整体表现为向隧道内流变变形，其中拱顶和拱底变形最明显；与不考虑冻融作用相比，经60次冻融循环后，隧道支护结构最大水平和竖向位移分别增加了2.68和2.07倍，说明冻融循环作用严重影响了隧道的长期稳定性及其安全运营。
文章目录
1 引 言
2 工程背景及试验方案
2.1 工程背景
2.2 试样制备及试验方案
2.3 试验结果分析
3 基于分数阶导数的岩石损伤蠕变模型
3.1 分数阶蠕变模型
3.2 模型验证
4 工程应用
4.1 数值实现与验证
4.2 寒区隧道长期服役性能
4.3 计算结果分析
5 结 语
