国内外大量铁路、公路隧道建设和运营的实践证明,在高纬度或高海拔的寒冷地区,尤其是多年冻土地区,加之地下水比较发育时,隧道常常会发生冻害,直接威胁到隧道结构及运营行车的安全,造成严重的经济损失。本文以鄂西地区沙子垭隧道为背景,在对大量冻土隧道冻害现象及其形成机理进行研究的基础上,发现温度条件、水文条件、围岩条件、工程措施是隧道冻害发生的主要因素。论文密切结合实际工程,采用理论分析与现场实测相结合的研究方法进行季节性冻土隧道计算理论和冻害防治技术等多方面的研究。①运用传热学和冻土学的基本理论,考虑水份场和温度场的耦合影响,推导出了水份场和温度场耦合问题的二维控制微分方程,应用Galerkin法得了数值解法。运用ANSYS软件,进行了沙子垭隧道水份场和温度场耦合问题的二维非线性分析。②水份场对季节性冻土隧道的温度场的影响较大,在设计时应该考虑水份场与温度场的耦合影响;当沙子垭隧道洞口段的初期支护和二次衬砌之间铺设了导热系数λ为0.03 W (m ?°C)、厚度d为8.0cm的保温材料后,可以保证沙子垭隧道洞口段围岩很小范围内出现冻结。③根据传热学和有限元的基本理论,考虑应力场和温度场的耦合影响,建立了应力场和温度场耦合问题的二维数学模型,并应用Galerkin法进行了有限元分析。分析结果表明:温度场对季节性冻土隧道的应力场影响较大,在设计时应该考虑应力场与温度场的耦合影响。