寒区隧道冻胀问题一直以来都是专家学者们重点关注的研究对象,而寒区隧道洞口段则因为位置的特殊而成为研究的典型。本文以寒区隧道洞口段,特别是隧道洞门位置的受力变形特征为研究对象,通过室内模型试验和数值模拟分析相结合的手段来进行研究。首先,确定隧道洞口段模型的整体温度分布,通过布设传感器来量测模型隧道洞口段处的受力特征及变形规律,运用数值模拟方法对模型进行模拟,最终对比室内模型试验和数值模拟的结果总结出寒区隧道洞门处的轴向应力分布情况,以期为实际工程提供借鉴。为了达到以上目的,本文主要进行了如下具体工作:(1)寒区隧道洞口段模型室内冻融模型试验:根据相似理论以实际隧道和实际季节性冻土区气候条件为参照,进行相应简化后,进行了试验设计。室内模型试验以大型的制冷设备作为试验模型的载体,根据试验重塑土样的相关性质设计了两种试验工况进行试验,在试验过程中设计三个测试断面对温度、应变分别设置相关测点进行测量,在洞门墙后设置应力测点测量轴向冻胀力,在边坡和洞门上设置位移测点,利用数据采集仪对模型试验的全过程进行数据采集。结果显示:在温度场方面,结合具体的试验条件,含水率越大,降温速率在零度以上时越快;在洞门应力方面,洞门处的轴向应力较大的区域主要集中在靠近衬砌的一周范围内,衬砌一周的拱腰、边墙、仰拱位置所对应的洞门相应位置应力较大;位移方面,在实验过程中通过对洞门处位移的监测,发现洞门处的位移总体较为均匀,在洞门上方边坡中部会出现位移的减小,含水率对位移的影响主要表现为,含水率越大,位移越大的趋势。(2)基于室内模型试验的有限元数值模拟研究:以室内模型试验的试验条件为基础,利用有限元分析软件ANSYS对两种工况下的试验模型进行分析。根据试验数据对模型参数进行选取后,计算模型的温度场。然后提取温度场结果,将温度场结果作为应力场分析的条件进行间接耦合,实现温度-应力的两场耦合。结果显示:模型的温度场分布较为均匀,温度变化平稳连续,温度在零上时,含水率越大,降温越快;洞门处的轴向应力分布主要集中在距离衬砌较近的一周,衬砌拱顶,衬砌左右两侧和衬砌仰拱位置应力较大,并且随着含水率的增大,衬砌一周的应力较大位置会相应的在一定范围内向外侧移动。