在国家“一带一路”政策下,国家基础设施建设规模、数量增速迅猛,隧道工程建设也急骤增加,有许多公路和铁路隧道经过东北、内蒙古、青海等寒区地带,根据调查发现,在隧道实际运营过程中,隧道围岩每年会经历多次冻融循环作用,冻融作用会使岩体中裂隙水发生冻胀与收缩,从而围岩内部裂隙扩展,造成围岩变形增大,隧道会因此发生不同程度的破坏。在寒区地带修建的隧道,由于围岩冻融损伤而造成隧道失稳破坏的个例屡见不鲜,带来重大经济损失。泉太隧道位于东北区域,隧道地下水类型以孔隙水和基岩裂隙水为主,受季节性变化影响,隧道会出现冻融现象。本文以泉太隧道为依托,研究隧道围岩冻融循环作用下损伤劣化规律及隧道稳定性,首先通过岩石冻融循环试验,分析岩石在冻融循环过程中基本力学性质变化,得到了围岩冻融过程中力学性质变化规律,并根据试验结果推导岩石在冻融-荷载作用下的损伤模型,最后根据试验结果和损伤模型,采用数值分析方法研究泉太隧道稳定性。主要研究结论如下:(1)在围岩物理性质方面,随着冻融次数的增加,花岗岩质量呈先增加后减少的规律,经过100次循环后,与初始状态相比质量减少了0.24%;在冻融过程中,花岗岩的纵波波速呈递减过程,变化速度呈先加快后减缓的趋势。(2)在围岩力学性质方面,花岗岩单轴抗压强度和抗拉强度都随着冻融循环次数的增加而减少,单轴抗压强度和抗拉强度在经历冻融循环100次后,分别降低了61.67%和27.81%;弹性模量呈减少趋势,减少了38.71%。(3)围岩物理力学性质在冻融过程中不断减少,各阶段变化规律不同,主要分为三个阶段:在冻融循环0~20次时,花岗岩物理力学性质变化不明显,属于损伤积累阶段;在冻融循环30~70次时,花岗岩内部损伤积累到一定程度后,物理力学性质下降速率加快,变化明显;在冻融循环80~100次时,冻融作用使花岗岩裂隙部分进行弱化,而没有裂隙部分,仍为坚硬,因此花岗岩的物理力学性质趋于稳定状态。(4)围岩应力-应变曲线分为四个阶段,破坏形态主要以沿轴向劈裂破坏为主,破坏过程以裂纹扩展为主,局部有剪切破坏,冻融过程表面有颗粒剥落,本试验中花岗岩在冻融-荷载作用下破坏模式为剥落+裂纹模式。(5)基于损伤力学,根据冻融试验结果,推导岩石在冻融-荷载作用下的损伤模型,得出的损伤模型与试验曲线基本吻合,且损伤模型计算的峰值强度与试验得到单轴抗压强度偏差不大,该模型能够预测岩石受冻融循环作用下强度的变化。(6)采取数值分析的方法研究泉太隧道在冻融作用下围岩变形和应力分布情况,得出在隧道经历100次冻融循环过程中,围岩变形不断增大,拱顶部位变形最大,最大增加了26.84%;水平方向和竖向方向围岩应力也不断增大,在水平方向上,拱顶部位围岩应力最大,在竖向方向,拱腰部位围岩应力最大。(7)通过位移、支护力和塑性区三方面,评价泉太隧道围岩受冻融作用下的稳定影响,得出在100次冻融循环后,泉太隧道可能因支护结构受力过大,造成衬砌破坏而引起隧道失稳。