寒区隧道冻害预报模型及优化设计理论研究

针对现场监测寒区隧道内气温费用高且滞后设计、如何防冻及如何设计保温隔热层等实际问题，先利用相似理论，进行寒区隧道通风、冻胀融化固结的大型室内模型试验研究。然后运用交叉学科的基本理论，建立寒区隧道空气和围岩对流换热与围岩热传导耦合问题的三维数学模型，研究寒区隧道内气温在多种条件下沿隧道轴向的分布规律，提出预测寒区隧道内气温的简化计算公式。然后，建立寒区隧道冻胀融化大变形固结耦合问题的数学-力学模型，分析寒区隧道在不同气象环境和不同防冻措施条件下未来50年的温度场、应力场和变形场，提出寒区隧道在不同气象环境条件下的冻害防治措施。最后，建立寒区隧道的优化设计理论，研究寒区隧道在多种条件下保温隔热层最优参数（厚度、导热系数等）的变化规律，提出寒区隧道保温隔热层的实用设计方法。研究成果可为寒区隧道的优化设计、冻害预报及防治措施提供科学依据，同时也为《寒区隧道设计规范》的编写奠定理论基础。